Laboratory experiments and numerical simulations of inertial waves in a rotating spherical shell

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Beschreibung

Geo- und astrophysikalisch motivierte Strömungen, wie sie in der Atmosphäre, in den Ozeanen oder im Inneren von Planeten auftreten, lassen sich in rotierenden Experimenten mit homogenen Fluiden untersuchen. In dieser Arbeit werden Untersuchungen zu Trägheitswellen und Wellenattraktoren in einer Kugelschale und einem rechteckigen Tank gezeigt. Viele geophysikalische Anwendungen mit planetaren Skalen motivieren den Einsatz von sphärischen Geometrien. Mit dem Kugelspaltexperiment, bestehend aus zwei rotierenden konzentrisch angeordneten Kugelschalen, werden die Anregung und Ausbildung verschiedener Wellenphänomene sowie der internen Grenzschichten untersucht. Durch eine Modulation der Rotationsgeschwindigkeit an der Innenkugel in Form einer Sinuskurve werden Wellen erzeugt, die an den gekrümmten Rändern des Modells mehrfach reflektiert werden und somit bestimmten Bahnen folgen. Für den Vergleich mit numerischen Untersuchungen werden unterschiedliche Visualisierungen und Messtechniken spezifiziert. Die numerische Simulation erlaubt dabei die Untersuchung in Parameterbereichen mit Instabilitäten, die für die experimentelle Untersuchung schwer zugänglich sind.