Representation of Atmospheric Gravity Wave Breaking and Saturation under the Anelastic Approximation
Notice bibliographique
Résumé
In this thesis, we present a mathematical model that represents internal gravity waves in the atmosphere using nonlinear partial differential equations and then use analytical and numerical methods. We consider a two dimensional, monochromatic, nonlinear, non-hydrostatic and viscous flow configuration with two types of approximations; Boussinesq and anelastic. In the real atmosphere, gravity wave amplitudes increase with altitude and this can lead to wave breaking. Most previous studies were based on the Boussinesq approximation in which the linear wave solutions do not increase with altitude. We consider a more realistic representation based on the anelastic approximation in which the wave amplitude increases with altitude. We carry out a weakly-nonlinear analysis to derive equations describing then time evolution of the wave-induced mean flow and potential temperature due to the nonlinear interactions. We carry out weakly and fully nonlinear numerical simulations of Boussinesq and anelastic equations. We also carry out numerical simulations to study the anelastic gravity wave propagation, growth, breaking, overturning and its impacts on the mean flow in the atmosphere. Results demonstrate that upward-propagating waves grow to sufficiently large amplitude and eventually break. Results demonstrate that the inclusion of viscosity and heat conduction allows us to investigate the long-term evolution of the gravity wave after wave breaking. It is found that the breaking of the wave field may occur due to two main mechanisms, namely, convective instability and dynamical instability. Convective and dynamical instabilities are examined by the local Richardson number such that convective instability corresponds to situations where the Ri ≤ 0 and dynamical instability corresponds to 0 < Ri < 0.25. The local Richardson number may drop below the stability criterion due to the negative potential temperature gradient, large shear of the velocity perturbation or a combination of both. In general, dynamical instability is more likely to occur at an earlier stage than convective instability. Convective instability is more likely to occur when there is very strong stratification.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».