Atmosfärsdynamik

Atmosfärsdynamik är studiet av rörelserna i jordens atmosfär och hur vindfält, temperatur och fuktighet utvecklas under samverkan mellan dynamiska och termodynamiska processer. Fältet undersöker hur energin transporteras och hur flödet svarar på jordens rotation, samt hur olika väderfenomen uppstår, från stora jetströmmar till små turbulenta strukturer. De teoretiska redskapen vilar på de hydrodynamiska ekvationerna för en roterande sfär och på förenklingar som hydrostatisk balans och primitiva eller quasi-geostrofiska modeller.

Rörelsen drivs av tryckgradientkraften, avböjd av Corioliseffekten och jordens rotation, samt av friktion och termodynamiska processer. Advektion av momentum, massa och energi samt vertikal transport reglerar hur temperatur och fuktighet fördelas. Potentialvorticity, en kombination av vinkelmoment och stratifikationsstruktur, fungerar som ett centralt bevarat kvanttal i många flöden.

I praktiken uppvisar atmosfären ett brett spektrum av skalor. På planetarisk och synoptisk skala dominerar Rossby-vågor och jetströmmar; på meso- och mikroskala förekommer konvektion, turbulens och väderceller. Viktiga fenomen inkluderar baroklin instabilitet, utveckling och spridning av vädersystem, tropiska cykloner och tropiska monsunbälten.

Metoderna kombinerar teoretiska analyser med numeriska modeller. Primära verktyg är generalcirculationsmodeller (GCMs) och numeriska väderprognoser (NWP) som löser de primitiva ekvationerna på globala respektive regionala skala. Dataassimilation och observationer från satelliter och radiosonder används för att initiera och validera modeller. Resultaten används för väderprognoser, klimatmodellering samt studier av Jordens klimatsystem och transport av luftföroreningar.