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Exploring Mechanisms of Large Droplet Production in Trade Wind Cumuli

Schmeißner, Tina 19 December 2018 (has links)
In der vorliegenden Arbeit wird eine Analyse verschiedener Mechanismen zur Produktion von großen Wolkentropfen, sogenannten Kollisions– und Koaleszenz–Initiatoren, in flachen konvektiven Wasserwolken vorgestellt. Diese Tropfen führen zu einer Verbreiterung des Tropfenspektrums und sind damit essenziell für die Entstehung von Regen innerhalb einer kurzen Zeitspanne von etwa 20 Minuten. Bis der Ursprung dieser großen Tropfen erklärt ist, wird es weiterhin zu Unterschieden in Tropfenspektren und Regenraten zwischen Klimamodellen und Beobachtungen kommen. Eine Tropfengröße von D > 40 μm gilt als Schwellwert zur Initiierung des Kollisions– und Koaleszenz–Prozesses. Die Basis dieser Arbeit formen Daten, die während der Messkampagne CARRIBA nahe der Insel Barbados in der Passatwindzone mit der Messplatform ACTOS gemessen wurden. Der Einfluss der folgenden drei großen Mechanismen auf das Tropfenspektrum wird für 300 vermesseneWolken in verschiedenen Entwicklungsstadien untersucht: (i) die Anzahlkonzentration von Aerosolpartikeln, die als CCN fungieren, und gel¨osstem Seesalz, welches als GN dient, (ii) die Interaktion von Wolkentropfen und der sie umgebenden turbulenten Str¨ohmung auf kleinsten Skalen, und (iii) der turbulente Einmischungsprozess von wolkenfreier Luft an der Grenzfl¨ache zwischen Wolke und Umgebung. Eine signifikante Antikorrelation zwischen der Anzahlkonzentration beobachteter CCN Partikel, NCCN, und der Wolkentropfengröße wurde gefunden, was darauf hinweisst, dass NCCN einen kontrollierenden Faktor f¨ur die Form des Tropfenspektrums darstellt. Ein Einfluss der gelössten Seesalz Partikel konnte nicht nachgewiesen werden, was teils an sehr niedrigen Werten von NCCN und teils an einer positiven Korrelation zwischen NCCN und den gelössten Seesalz Partikeln liegt. Desweiteren deutet eine Analyse der Stokes und Froude Zahl, sowie des Abscheideparameters, darauf hin, dass auf Skalen im Bereich der Kolmogorov Längenskala keine signifikante Interaktion zwischen Wolkentropfen und der turbulenten Ströhmung stattfindet. Das wird bestätigt durch die Berechnung der Parr–Korrelations–Funktion, welche ergab, dass für die Mehrheit der untersuchten Wolken die Tropfenverteilung im Raum einer Poissonverteilung folgt. Das Einmischen wolkenfreier Luft am Wolkenrand erfolgt überwiegend homogen für aktiv wachsende Wolken, und zum Großteil inhomogen f¨ur Wolken im aufl¨osenden Stadium. Inhomogenes Einmischen gilt als günstig für die Bildung großer Tropfen, und dieser Einfluss wird noch verst¨arkt, wenn eine Schicht feuchter Luft die Wolke umgibt. Eine solche Feuchteschicht wurde für mindestens die Hälfte aller Wolken beobachtet. Der Einfluss sekundärer Tropfenaktivierung während des Einmischprozesses, sowie der Einluss einer Feuchteschicht, werden diskutiert.

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