simulation of inertia-gravity waves using wrf model over iran: a case study

[ ' a f l u i d ' , ' w h i c h i s s t a b l e u n d e r t h e a c t i o n o f b u o y a n c y ' , ' c a n o s c i l l a t e u n d e r t h e i n f l u e n c e o f b u o y a n c y a n d c o r i o l i s f o r c e s . t h e r e s u l t i n g a g e o s t r o p h i c o s c i l l a t i o n s w i t h a f r e q u e n c y b e t w e e n c o r i o l i s a n d b u o y a n c y f r e q u e n c i e s a r e c a l l e d i n e r t i a ' , ' g r a v i t y w a v e s ' , ' h e r e a f t e r i g w s . r n i n t h i s s t u d y w e i n v e s t i g a t e t h e g e n e r a t i o n a n d p r o p a g a t i o n o f i g w s o v e r i r a n . t o t h i s e n d ' , ' t h e w e a t h e r r e s e a r c h a n d f o r e c a s t i n g ( w r f ) m e s o s c a l e m o d e l i s u s e d t o s i m u l a t e a n e v e n t w i t h n o t i c e a b l e i g w s w i t h i n a s y n o p t i c s y s t e m a c c o m p a n i e d b y r a i n a n d s n o w ' , ' f r o m 6 t o 9 f e b r u a r y ' , ' 2 0 1 2 . t h e n c e p f n l d a t a ( f i n a l a n a l y s e s ) a r e u s e d f o r t h i s s i m u l a t i o n i n a d o m a i n o f 8 0 0 0 k m × 6 3 7 5 k m e x t e n t a n d a m e d i u m r e s o l u t i o n ( g r i d i n t e r v a l δ s = 2 5 k m ) . t h e m o d e l h a s 3 5 l e v e l s i n v e r t i c a l d i r e c t i o n w i t h i t s t o p a t 1 0 h p a ( ~ 3 0 k m ) . a t i m e s t e p o f 1 5 0 s e c o n d s i s u s e d a n d t h e m o d e l i s r u n f o r 7 2 h o u r s i n i t i a l i z e d a t 1 2 u t c 6 f e b r u a r y a n d c o n t i n u e d u n t i l 1 2 u t c 9 f e b r u a r y 2 0 1 2 . a n i m p l i c i t r a y l e i g h d a m p i n g l a y e r i s u s e d t o p r e v e n t u n p h y s i c a l w a v e r e f l e c t i o n f r o m t h e u p p e r b o u n d a r y o f t h e c o m p u t a t i o n a l d o m a i n ( k l e m p e t a l ' , ' 2 0 0 8 ) . i n o r d e r t o i n v e s t i g a t e g e n e r a t i o n a n d p r o p a g a t i o n o f i g w s a n d t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o f e a c h o f e n e r g y s o u r c e s i n t h e r e g i o n ' , ' f o u r d i f f e r e n t m o d e l r u n s a r e d e s i g n e d a n d p e r f o r m e d w i t h / w i t h o u t o r o g r a p h y / m o i s t u r e . r n i n o r d e r t o f a c i l i t a t e t h e c o n d u c t o f t h e s t u d y ' , ' t h e m a i n a r e a o f i n t e r e s t i s c l a s s i f i e d i n t o t h r e e r e g i o n s w h e r e t h e i g w s a r e m o s t a c t i v e . t h e f i r s t a r e a i s l o c a t e d i n t h e n o r t h w e s t o f t h e c o u n t r y ' , ' i n t h e v i c i n i t y o f t h e m a x i m u m w i n d s p e e d o f t h e m i d l a t i t u d e j e t s t r e a m a n d t h e l e f t s i d e o f t h e j e t s t r e a k . t h e s e c o n d a r e a ' , ' i n c l u d i n g t h e c e n t r a l a n d s o u t h e r n z a g r o s m o u n t a i n ' , ' i s l o c a t e d i n t h e v i c i n i t y o f u n b a l a n c e d f l o w a n d t h e r i g h t s i d e o f t h e j e t s t r e a k . t h e t h i r d a r e a i s l o c a t e d g e o g r a p h i c a l l y a t t h e c o n j u n c t i o n o f z a g r o s a n d a l b o r z m o u n t a i n r a n g e s ' , ' i s a t t h e e x i t r e g i o n o f t h e j e t s t r e a m a n d a l o n g a r a i n b e l t w i t h s i g n i f i c a n t c l o u d c o v e r a g e a s i n t h e s e c o n d a r e a . r n t h e f u n d a m e n t a l q u a n t i t i e s o f w a v e l i k e t h e w a v e f r e q u e n c y a n d p e r i o d s ' , ' t h e i n t r i n s i c p h a s e s p e e d ' , ' t h e g r o u p v e l o c i t y a n d h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l w a v e l e n g t h s a r e o b t a i n e d b a s e d o n t h e h o r i z o n t a l d i v e r g e n c e f i e l d a s t h e m a i n q u a n t i t y . t h i s i s p o s s i b l e ' , ' b e c a u s e t h e p r o c e d u r e a v o i d s e x p l i c i t t r e a t m e n t o f t h e b a c k g r o u n d f i e l d ' , ' w h i c h h a s z e r o d i v e r g e n c e ' , ' a n d i s a p p l i c a b l e t o w a v e s o f a r b i t r a r y w a v e l e n g t h . p r e v i o u s s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e m o s t i m p o r t a n t e n e r g y s o u r c e s f o r i g w s a r e : j e t s t r e a m s ' , ' f r o n t s ' , ' c o n v e c t i o n a n d o r o g r a p h y . f u r t h e r m o r e ' , ' t h e i g w s p r o p a g a t e i n t h e a t m o s p h e r e w i t h a p h a s e s p e e d o f 1 5 t o 3 5 m s ' , 1 , ' v e r t i c a l w a v e l e n g t h o f 5 0 0 m t o 1 5 k m a n d h o r i z o n t a l w a v e l e n g t h o f 5 0 t o 1 0 0 0 k m . r n i n t h e r e f e r e n c e r u n ( w i t h t h e t o p o g r a p h y a n d m o i s t u r e i n c l u d e d ) ' , ' t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e h o r i z o n t a l d i v e r g e n c e c l e a r l y s h o w s t h e w a v e s c l o s e l y f o l l o w t h e m a j o r t o p o g r a p h y a n d p r o p a g a t e n e a r l y p e r p e n d i c u l a r t o i t . e s t i m a t i o n o f w a v e p r o p e r t i e s s h o w s t h a t a h i g h ' , ' f r e q u e n c y w a v e w i t h x a 0 i s e m i t t e d i n t h i s c a s e . t h e q u a n t i t y x a 0 i s t h e e s t i m a t e f o r w a v e f r e q u e n c y s c a l e d b y i n e r t i a l f r e q u e n c y . i n t h e f i r s t a n d s e c o n d a r e a s ' , ' t h e t y p i c a l v a l u e s o f t h e h o r i z o n t a l w a v e l e n g t h s a r e f r o m 1 5 0 t o 1 7 5 k m ' , ' t h e v e r t i c a l w a v e l e n g t h f r o m 5 t o 6 k m a n d i n t r i n s i c p h a s e s p e e d f r o m 1 5 t o 1 9 m s ' , ' 1 . i n t h e t h i r d a r e a ' , ' t h e i g w s t r a v e l w i t h a p h a s e s p e e d o f a b o u t 1 5 t o 2 1 m s ' , ' 1 a n d h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l w a v e l e n g t h s o f 1 0 0 t o 1 2 0 k m a n d 5 t o 6 k m ' , ' r e s p e c t i v e l y . r n b a s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i g w s a n d t h e i r p r o p a g a t i o n ' , ' i t c a n b e i n f e r r e d t h a t t h e w a v e s a r e g e n e r a t e d i n t h e t r o p o s p h e r e b y j e t ' , ' f r o n t m e c h a n i s m s d u e t o t o p o g r a p h y a n d t h e n u n d e r g o d e f o r m a t i o n . s o m e o f t h e w a v e s g e n e r a t e d i n t h e u p p e r t r o p o s p h e r e c r o s s t h e t r o p o p a u s e a n d p r o p a g a t e w e l l i n t o t h e s t r a t o s p h e r e . d i s r e g a r d o f t h e w a y w a v e a r e g e n e r a t e d ' , ' t h i s t r a n s f e r o f a c t i v i t y f r o m t r o p o s p h e r e t o t h e s t r a t o s p h e r e i s a c o m m o n p h e n o m e n a . r n x a 0 t h e r e s u l t s o f t h i s s t u d y a r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h o s e o b t a i n e d b y z h a n g a n d k o c h i n 2 0 0 0 w h o s t u d i e d s i m u l a t i o n o v e r r o c k i e s m o u n t a i n i n m o n t a n a a n d d a k o t a . t h e y e s t i m a t e d a s i n g l e w a v e p a c k e t w i t h 3 o r 4 w a v e s ' , ' a w a v e l e n g t h o f 1 5 0 k m a n d p h a s e s p e e d o f 1 5 . 2 m s ' , ' 1 . x a 0 z u l i c k a n d p e t e r s i n 2 0 0 6 i d e n t i f i e d t w o w a v e p a c k e t s i n t h e i r s t u d y . t h e f i r s t w a v e p a c k e t i n c l u d e d l a r g e w a v e s w i t h w a v e l e n g t h s o f a b o u t 5 0 0 k m a n d p e r i o d o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 h o u r w h i c h w e r e c l a s s i f i e d a s s u b ' , ' s y n o p t i c ( o r m e s o ' , ' α ) . t h e s e c o n d w a v e p a c k e t ' , ' h o w e v e r ' , ' c o n s i s t e d o f s m a l l w a v e s w i t h m u c h h i g h e r f r e q u e n c y t h a n t h e f i r s t w a v e p a c k e t ' , ' a n d w a v e l e n g t h s o f a l m o s t 2 0 0 k m a n d p e r i o d o f n e a r l y 5 h o u r ' , ' w h i c h w e r e c l a s s i f i e d a s m e s o ' , ' β ( m e s o s c a l e ' , ' β ) . r n h a v i n g i n v e s t i g a t e d t h e p o s s i b l e e n e r g y s o u r c e s i n t h e r e g i o n ' , ' t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n s c a n b e m a d e . i n t h e r u n w i t h o u t e i t h e r o r o g r a p h y o r m o i s t u r e ' , ' l a r g e ' , ' a m p l i t u d e w a v e s a r e o b s e r v e d t h a t c a r r y e n e r g y u p w a r d t o t h e s t r a t o s p h e r e a n d d o w n w a r d t o t h e t r o p o s p h e r e . e n t e r i n g a p o s i t i v e f e e d b a c k ' , ' t h e d o w n w a r d p r o p a g a t i n g w a v e s e m i t t e d b y t h e j e t c a n f a c i l i t a t e c o n v e c t i v e a c t i v i t y a t l o w e r l e v e l s a n d p l a y a r o l e i n e n h a n c i n g p r e c i p i t a t i o n . a l t h o u g h a d d i n g m o u n t a i n s t o t h e p h y s i c s o f t h e m o d e l a f f e c t s w a v e c h a r a c t e r i s t i c s l i k e i n t e n s i t y ' , ' a m p l i t u d e ' , ' a n d d i r e c t i o n o f p r o p a g a t i o n ' , ' t h e p r e s e n c e o f a l l o f t h e f a c t o r s i s n e c e s s a r y f o r d e s c r i b i n g t h e a c t u a l w a v e g e n e r a t i o n a n d p r o p a g a t i o n p r o c e s s e s . 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