Phisical mechanisms underlying atmospheric and oceanic currents, on local and global scales  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72037
Type NK
Principal investigator Tél, Tamás
Title in Hungarian A légköri és óceáni áramlatok fizikai mechanizmusai lokális és globális szinten
Title in English Phisical mechanisms underlying atmospheric and oceanic currents, on local and global scales
Keywords in Hungarian sodródás, keveredés, ülepedés, koaguláció, termohalin áramlás, idősor analízis, klímaváltozás
Keywords in English advection,mixing, sedimentation, coagulation, thermohaline current, time series analysis, climate change
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Hydrodynamics
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Theoretical Physics (Eötvös Loránd University)
Participants Bódai, Tamás
Daruka, István Ferenc
Györgyi, Géza
Gyüre, Balázs
Horváth, Zalán
Jánosi, Imre Miklós
Károlyi, György
Kiss, Péter
Ozogány, Katalin
Rácz, Zoltán
Scheuring, István
Starting date 2008-07-01
Closing date 2011-12-31
Funding (in million HUF) 62.475
FTE (full time equivalent) 11.49
state closed project
Summary in Hungarian
A fő témák a következőek:

I. Keveredés, reakciók, ülepedés és koaguláció. Időfüggő áramkásokban vizsgáljuk a biológiai egyedek versengését (mint egyfajta reakciót), a plankton populációk süllyedését, és a fragmentálódó és koaguláló nehéz részecskék mozgását. Az utóbbi a felhőképződés fontos eleme.

II. Rétegzett és forgatott közegek áramlásának kisérleti vizsgálata. Több kisérletet kivánunk végezni, melyek az óceáni és a légköri transzporttal kapcsolatosak, kis vagy nagy skálákon. Kiemelt figyelmet szentelünk a termohalin cirkulációnak, ill. a szennyezések közepes szélességeken történő szétterjedésének.

III. Éghajlati adatbankok statisztikus elemzése. A hőmérsékleti adatok korrelációs analizisét kivánjuk elvégezni különböző magasságokban, egészen a sztratoszféráig. Az Európára vonatkozó felszini széladatok alapján a szélerőműhálozatok optimális elhelyezkedési lehetőségét szeretnénk felderiteni.

IV. Hosszúidejű klimaváltozás: zaj és fizikai folyamatok. Az éghajlati adatatokban fellelhető erős korreláció alapján tervezzük a fluktuációk univerzláis vonásainak vizsgálatát. A kritikus jelenségek szemléletén alapuló elemzés a klimadinamika ujfajta megközelitését jelenti.

A pályázat hat szenior kutató részvételén alapszik, melyet 6-8 fiatal kutató egészit ki (közülük 4 a pályázat alkalmazásában). A projekt igy hozzájárulhat ahhoz, hogy egy olyan új fizikus generáció nőhessen fel, mely alapos környezeti ismeretekkel rendelkezik. Az eredmények főként nemzetközi folyóiratokban közzétett publikációk formájában jelennek meg.
Summary
The basic topics are:

I. Mixing, reactions, sedimentation and coagulation. In time-dependent flows, the competition of biological species (as a kind of reaction), the sinking of plankton populations, and the coagulation and fragmentation dynamics of heavy particles will be studied. The latter is relevant element in cloud formation.

II. Experimental investigation of stratified and rotating flows. We intend to make several experiments related to small and large scale oceanic and atmospheric transport. Special emphasis will be put on the experimental investigation of the thermohaline circulation, and to the spreading of pollutants at mid latitudes.

III. Statistical analysis of climatological data banks. We intend to carry out a correlation analysis of temperature data at several altitudes up to the stratosphere. Using surface wind data over Europe, we try to identify an optimal network of wind turbines.

IV. Noise and physical processes underlying long-time climatic changes. Using the presence of strong correlations in climatological data we plan to search for universal aspects of the fluctuations. A physical analysis from the viewpoint of critical systems is expected to provide a new approach to climate dynamics.

The project is based on the participation of six senior scientists, augmented by 6-8 younger scientists (4 to be employed by the project). It might contribute to the growing up of a new generation of physicists knowledge well tuned to environmental issues. The results shall primarily appear as publications in international journals.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A „Keveredés, reakciók, ülepedés és koaguláció” témakörben a szennyezések terjedésével foglalkoztunk. Az alkalmazások köre a felhőfizikától és a vulkáni hamu terjedésétől a algavirágzás dinamikáján keresztül a vérkeringésig és a tavakban megfigyelhető keveredési jelenségekig terjed. A „Rétegzett és forgatott közegek áramlásának kísérleti vizsgálata” az ELTE Kármán Laboratóriuma infrastrukturális hátterével vált lehetővé. Legújabb kísérleteinkkel a Nagy Óceáni Szállítószalag mélyvíz képződésért felelős helyeinek és a tenger alatti anomálisan forró pontoknak a kapcsolatát szeretnénk tisztázni. Az „Éghajlati adatbankok statisztikus elemzése, megújuló energia” témában az volt a célunk, hogy vizsgáljuk a megújuló energiák hasznosítási lehetőségeit. Vizsgáltuk továbbá a Több Évtizedes Atlanti Oszcillációnak nevezett tengerfelszín hőmérséklet-ingadozásokat. Az analízis azt sugallja, hogy nem biztos, hogy egy stabil oszcillációs módus jelenlététől van szó. A „Hosszúidejű klímaváltozás: zaj és fizikai folyamatok” téma vizsgálatával a fizikai alapokat hangsúlyozó klímadinamikai kutatás erősítése volt a célunk. Foglalkoztunk extrém-érték statisztikákkal. További célunk volt a bizonytalanságok, a zaj hatásának helyes megbecslése és a klímamodellek megbízhatóságának vizsgálata.
Results in English
Within the framework of subproject „Mixing, reactions, sedimentation and coagulation” we deal with the spreading of pollutants. Applications range from cloud microphysics and the outfall of volcanic ash, via plakton blooms, to blood circulation and mixing processes in lakes. The „Experimental investigation of flows in stratified and rotated fluids” became possible on the infrastructual background of the von Kármán Laboratory of Eötvös University. Our most recent efforts try to clarify the role of the observed coincidence of the deep water formation sites of the Great Oceanic Conveyor Belt with warm anomalies on the seafloor. Under the title „Statistical analyses of data banks, and renewable energies” our aim was to estimate the potential of renewable energy. We also analysed the sea surface temperature anomalies, called Atlantic Multidecadal Oscillations and came to the conclusion that they not neccessarily represent a stable oscillatory mode. With the investigation of „Long-term climate change and physical processes” we attampted to strengthen the use of physical arguments in climate dynamics research. One of our focuses was on extreme value statistics. A further aim of us was the estimation of the role of noise in climatic models, and the investigation of the reliability of such models.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72037
Decision
Yes





 

List of publications

  
A. Daitche and T. Tél: Dynamics of blinking vortices, Phys. Rev. E 79, 016210, 2009
A. Daitche and T. Tél: Memory effects are relevant for chaotic advection of inertial particles, Phys. Rev. Lett. 107, 244501, 2011
T. Haszpra and T. Tél: Volcanic ash in the free atmosphere: a dynamical systems approach,, J.Phys. Conf. Ser. 333, 012008, 2011
A. Várai, M. Vincze, J. Lichtenberger and I. M. Jánosi: Search for possible relationship between volcanic ash particles and thunderstorm lightning activity, J.Phys. Conf. Ser. 333, 012016, 2011
T. Tél and Gy. Károlyi: Reactions in chaotic flows., In: L. Cortelezzi, I. Mezic (Eds.): Analysis and control of mixing with an application to micro and macro flow processes, pp. 307-322, Springer, 2010
G. Drótos and T. Tél: Chaotic saddles in a gravitational field: The case of inertial particles in finite domains, Phys. Rev. E 83, 056203, 2011
I. Daruka and T. Tél: Active convection: flow driven by massive particles, preprint, 2010
J.C. Zahnow, R.D. Vilela, U. Feudel, and T. Tél: Coagulation and fragmentation dynamics of inertial particles, Phys. Rev. E 80, 026311, 2009
A.B. Schelin, Gy. Károlyi, A.P.S. de Moura, N.A. Booth, C. Grebogi: Chaotic advection in blood flow, Physical Review E 80, 016213, 2009
A.B. Schelin, Gy. Károlyi, A.P.S. de Moura, N. Booth, C. Grebogi: Are the fractal skeletons the explanation for the narrowing of arteries due to cell trapping in a disturbed blood flow?, Computers in Biology and Medicine. In Press, 2011
W. McKiver, Z. Neufeld, and I. Scheuring: Plankton bloom controlled by horizontal stirring, Nonlin. Processes Geophys., 16, 623–630, 2009
A.B. Schelin, Gy. Károlyi, A.P.S. de Moura, N.A. Booth, C. Grebog: Fractal structures in stenoses, aneurysms and plankton blooms, Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A - Mathematical and Physical Sciences 368, 5605, 2010
M. Vincze, A. Várai, E. Barsy, and I. M. Jánosi: The effect of a localized geothermal heat source on deep water formation, Nonlinear Processes in Geophysics, 18, 841-847, 2011
T. Haszpra, P. Kiss, T. Tél, and I. M. Jánosi: Advection of passive tracers in the atmosphere: Batchelor scaling, International Journal of Bifurcation and Chaos, in press, 2011
M. Vincze, and I.M. Jánosi: Is the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) a statistical phantom?, Nonlinear Processes in Geophysics 18, 469-475, 2011
N. R. Moloney, K. Ozogány, and Z. Rácz: Order statistics of 1/fα signals, Phys. Rev. E 84, 061101, 2011
T. Bódai, G. Károlyi, G. and T. Tél: Fractal snapshot components in chaos induced by strong noise, Phys. Rev. E 83, 046201, 2011
I. Daruka,: I. Generalized stochastic resonance models for abrupt climate changes, preprint, 2010
T. Bódai, G. Károlyi, and T. Tél: A chaotically driven model climate: extreme events and snapshot attractors, Nonlin. Processes Geophys., 18, 573–580, 2011
J. Vanyó, B. Escribano, J.H.E. Cartwright, D.L. González, O. Piro, and T. Tél: A minimal dynamical model for tidal synchronization and orbit circularization, Celest. Mech. Dyn. Astr. 109, 181-200, 2010
T. Kovács, Gy. Bene, and T. Tél: Relativistic effects in the chaotic Sitnikov problem, Mon. Not. Royal. Astron. Soc. 414, 2275-2281, 2011
A. Volford, I. Lagzi, F. Molnár Jr., and Z. Rácz: Coarsening of precipitation patterns in a moving reaction-diffusion front, Phys. Rev. E 76, 055102(R), 2009
Á. Móréh, F. Jordán, A. Szilágyi and I. Scheuring: Overfishing and regime shifts in minimal food web models, Community Ecology 10, 236-243, 2009
Y.-C. Lai and T. Tél: Transient Chaos, Complex dynamics on finite-time scales, pp. 1-497, Springer, 2011
P. Kiss, L. Varga, and I.M. Jánosi: Contrasting electricity demand with wind power supply: case study in Hungary, Energies, 2, 839-850, 2009
Jánosi Imre: Miért nem működnek a jelenleg ismert megújuló energia-technológiák?, In: Természettudomány Tanítása Korszerűen és Vonzóan. Szerk.: Tasnádi Péter. (ELTE TTK, Budapest), pp. 204-208., 2011
I. Groma, G. Györgyi, G. and P.D. Ispánovity: Variational approach in dislocation theory, Philosophical Magazine, 90: 27, 3679 -- 3695, 2010
E. G. Altmann and T. Tél: Poincaré recurrences and transient chaos in systems with leaks, Phys. Rev. E 79 016204, 2009
B. Escribano, J. Vanyó, I. Tuval, J.H.E. Cartwright, D. Gonzales, O. Piro and T. Tél: Dynamics of tidal synchronization and orbit circularization of celestial bodies, Pys. Rev. E 78, 036216, 2008
J.H.E. Cartwright, U. Feudel, Gy. Károlyi, A. de Moura, O. Piro, T. Tél: Dynamics of Finite-Size Particles in Chaotic Fluid FlowsDynamics of Finite-Size Particles in Chaotic Fluid Flows., In: M. Thiel, J. Kurths, M.C. Romano, Gy. Károlyi, A. de Moura (Eds):Nonlinear Dynamics and Chaos: Advances and Perspectives, pp. 51-87,Springer, 2010
B. Gyure, and I.M. Janosi: Basics of lava-lamp convectionby horizontal stirring, Physical Review E, 80, 046307, 2009
I.M. Janosi, P. Kiss, V. Homonnai, M. Pattantyus-Abraham, B. Gyure, and T. Tel: Dynamics of passive tracers in the atmosphere: Laboratory experiments and numerical tests with reanalysis wind fields, Physical Review E 82, 046308, 2010
Jánosi Imre: Megújuló energia. Számoljunk utána!, Természet Világa, 140(11), 502-505, 2009
Jánosi Imre: Megújuló energia. Számoljunk utána!, Természet Világa, 140(11), 502-505, 2009
T. Tél and Y.-C. Lai: Quasipotential approach to critical scaling in noise-induced chaos, Phys. Rev. E 81, 056208, 2010
G. Györgyi, N. Moloney, K. Ozogány, Z. Rácz, and M. Droz: Renormalization-group theory for finite-size scaling inextreme statisticsRenormalization-group theory for finite-size scaling inextreme statistics, Phys. Rev. E 81, 041135, 2010
E. Bertin and G. Györgyi: Renormalization flow in extreme value statistics extreme statistics Renormalization-group theory for finite-size scaling in extreme statistics, Journal of Statistical Mechanics, P08022, 2010
P. Kiss, and I.M. Janosi: Time-asymmetric fluctuations in the atmosphere: daily mean temperatures and total-column ozone, Philosophical Transactions of the Royal Society A 368, 5721-5735, 2010
J.J.B. Biemond, A.P.S. de Moura, Gy. Károlyi, C. Grebogi, H. Nijmeijer: Onset of chaotic advection in open flows, Phys. Rev. E 78, 016317, 2008
P. Kiss, and I. M. Janosi: Wind power availability over Europe, Acta Pericemonologica Debrecina 3, 106-116, 2008
P. Kiss and I.M. Janosi,: Limitations of wind power availability over Europe: a conceptual study, Nonlinear Processes in Geophysics, 15, 803-813, 2008
P. Kiss, L. Varga, and I.M. Janosi,: Comparison of wind power estimates from ECMWF reanalyses with direct turbine measurements, Journal of Renewable and Sustainable Energy, 1, 033105, 2009
I. Biro, K.G. Szabo, B. Gyure, I.M. Janosi, and T. Tel: Power-law decaying oscillations of neutrally buoyant spheres incontinuouslystratified fluid, Physics of Fluids, 20, 051705, 2008
Gy. Károlyi, M. Pattantyús-Ábrahám, T. Krámer, J. Józsa, T. Tél: Finite size Lyapunov exponents: a new tool in lake dynamics, Engineering and Computational Mechanics 163, 251-259, 2010
R.O. Medrano, A. Moura, T. Tél, I.L. Caldas, and C. Grebogi: Finite-size particles, advection, and chaos: A collective phenomenon of intermittent bursting, Pys. Rev. E 78, 056206, 2008




 

Events of the project

  
2014-02-11 10:50:57
Résztvevők változása
2011-06-02 09:33:34
Résztvevők változása
2009-10-28 08:32:19
Résztvevők változása



Back »