On the internal gravity wave - atmospheric circulation interaction

Abstract

Vnitřní gravitační vlny, které významně ovlivňují střední atmosféru transportem a ukládáním energie a hybnosti, tvoří důležitou složku atmosférické dynamiky. Pro zlepšení globálních cirkulačních modelů, které nerozlišují velkou část spektra gravitačních vln, je potřeba efekt gravitačních vln co nejpřesněji kvantifikovat. Za tímto účelem v práci studujeme vnitřní gravitační vlny v simulaci modelu WRF s vysokým rozlišením v oblasti kolem Jižních And, Antarktického poloostrova a ostrova Jižní Georgie. Zabýváme se zejména analýzou Gaussovské high-pass filter metody pro oddělení příspěvku gravitačních vln od základního proudění. Zkoumali jsme problém, že metoda závisí na zvoleném parametru, a navrhli jsme zlepšenou verzi metody, ve které tento parametr určujeme v každém čase na základě horizontálního spektra kinetické energie. Rozdíly mezi těmito metodami jsme dále zkoumali pomocí horizontálního spektra kinetické energie, vertikálního spektra potenciální energie a pravé strany rovnice divergence vyhodnocené pomocí metody aktivních větrů, což je relativně nová metoda pro rozdělení proudění na rovnovážnou část a na pole perturbací. Výsledky naznačují, že původní high- pass filter metoda nevede ke správným výsledkům, pokud je možné v daném čase v oblasti pozorovat výraznou vlnovou aktivitu.

Internal gravity waves (GWs) are an important component of the atmospheric dynamics, significantly affecting the middle atmosphere by momentum and energy transport and deposition. In order to be able to improve global circulation models, in which the majority of the GW spectrum is not resolved, it is necessary to quantify their effects as precise as possible. We study GWs in a high-resolution simulation of the WRF model around Southern Andes, Antarctic Peninsula and South Georgia Island. We analyse a Gaussian high-pass filter method for separation of GWs from the basic flow. To overcome an observed problem of dependence of the method on a cutoff parameter, we propose an improved method that determines the parameter at each time step from the horizontal kinetic energy spectrum. The differences between the methods are further examined using the horizontal kinetic energy spectrum, vertical potential energy spectrum and forcing to the divergence equation evaluated by the active wind method, which is a recent theory-based method that divides the flow into a balanced flow and a perturbation field. The results suggest that the high-pass filter method does not produce correct results for time periods with strong wave activity.