Ray tracing pro atmosférické gravitační vlny
| Název práce v češtině: | Ray tracing pro atmosférické gravitační vlny |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Ray tracing of gravity waves |
| Klíčová slova: | akusticko-gravitační vlny|zemská atmosféra a ionosféra|Ray tracing|modelování |
| Klíčová slova anglicky: | acoustic-gravity waves|Earth’s atmosphere and ionosphere|Ray tracing|modeling |
| Akademický rok vypsání: | 2023/2024 |
| Typ práce: | diplomová práce |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Ústav teoretické fyziky (32-UTF) |
| Vedoucí / školitel: | RNDr. Jaroslav Chum, Ph.D. |
| Řešitel: |
| Zásady pro vypracování |
| Cílem práce je vytvoření programu, který spočte trajektorii interních gravitačních vln v zemské atmosféře se zahrnutím vlivu horizontálních větrů na šíření těchto vln. Velikost a směr horizontálních větrů bude určena např. modelem větrů HWM14, teplota a složení atmosféry modelem MSISE. Řešení rovnic šíření může např. vycházet z Hamiltonových rovnic, kde Hamiltoniánem je úhlová frekvence vyjádřená pomocí disperzní relace vln. Student by se též měl seznámit s omezením platnosti výpočtů šíření metodou Ray tracing a detekovat oblasti, kde řešení nemusí platit. Předpokládá se rovněž krátký úvod shrnující vlastnosti atmosférických gravitačních vln a stavu jejich výzkumu. Součástí práce by rovněž měla být aplikace modelu na vybraná experimentální data. |
| Seznam odborné literatury |
| Drob, D. P., Emmert, J.T., Meriwether, J.W., Makela, J.J., Doornbos, E., Conde, M., Hernandez, G., Noto, J., Zawdie, K. A., McDonald, S. E., Huba, J. D., and Klenzing, J.H. (2015), An update to the Horizontal Wind Model (HWM): The quiet time thermosphere, Earth and Space Science, 2, 301–319, doi:10.1002/2014EA000089.
Fritts, D. C., and M. J. Alexander (2003), Gravity wave dynamics and effects in the middle atmosphere, Rev. Geophys., 41(1), 1003, doi:10.1029/2001RG000106. Hines, C. O. (1960), Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights, Can. J. Phys., 38, 1441-1481 Chum, J., F.A.M. Bonomi, J. Fišer, M.A. Cabrera, R.G. Ezquer, D. Burešová, J. Laštovička, J. Baše, F. Hruška, M.G. Molina, J.E.Ise, J.I. Cangemi, and T. Šindelářová (2014), Propagation of gravity waves and spread F in the low-latitude ionosphere over Tucumán, Argentina, by continuous Doppler sounding: First results, J. Geophys. Res.Space Physics, 119, 6954–6965, doi:10.1002/2014JA020184. Kelley, M.C. (2009), The Earth’s Ionosphere, Plasma Physics and electrodynamics, Chapter 6, Second edition, Elsevier Sutherland, B.R. (2010), Internal Gravity waves, Cambridge University Press Vadas, S. L., and D. C. Fritts (2005), Thermospheric responses to gravity waves: Influences of increasing viscosity and thermal diffusivity, J. Geophys. Res., 110, D15103, doi:10.1029/2004JD005574. Vadas, S. L. (2007), Horizontal and vertical propagation and dissipation of gravity waves in the thermosphere from lower atmospheric and thermospheric sources, J. Geophys. Res., 112, A06305, doi:10.1029/2006JA011845. |
| Předběžná náplň práce |
| Gravitační vlny v atmosféře představují dlouhoperiodický mód akusticko-gravitačních vln v nehomogenní atmosféře. Tyto vlny se často šíří z troposféry až do horní atmosféry a ionosféry a přenášejí mezi těmito vrstvami hybnost a energii. Mohou tak ovlivňovat jednotlivé atmosférické vrstvy, zejména ty, kde dochází k jejich disipaci. Lepší znalosti o gravitačních vlnách mohou vylepšit budoucí meteorologické a klimatické modely. Práce může být odrazovým můstkem pro další podrobnější studium gravitačních vln, např. se zaměřením na nelineární jevy při jejich šíření, oblasti a mechanismy zániku těchto vln či identifikaci zdrojů měřených gravitačních vln. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Internal gravity waves (GWs) represent low-frequency branch of waves propagating in an inhomogeneous atmosphere. GWs can propagate from the troposphere to the upper atmosphere and ionosphere and transfer energy and momentum between different atmospheric layers. They might change properties of the region at which they dissipate. A better knowledge of coupling between atmospheric layers via GWs can be utilized in future advanced meteorological and climate models. This work might be a starting point for future more detailed study of GWs that could be focused, e.g., nonlinear regime of propagation, breaking or dissipation of GWs, and determining sources of measured GWs.
|