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A study of daytime convective vortices and turbulence in the martian Planetary Boundary Layer based on half-a-year of InSight atmospheric measurements and Large-Eddy Simulations

Spiga, A. und Murdoch, N. und Lorenz, R.D. und Forget, F. und Newman, C. und Rodriguez, S. und Pla-Garcia, J. und Viudez-Moreiras, D. und Banfield, D. und Perrin, C. und Mueller, N.T. und Lemmon, M. und Millour, E. und Banerdt, W.B. (2020) A study of daytime convective vortices and turbulence in the martian Planetary Boundary Layer based on half-a-year of InSight atmospheric measurements and Large-Eddy Simulations. Journal of Geophysical Research: Planets, e2020JE006511. Wiley. doi: 10.1029/2020JE006511. ISSN 2169-9097.

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Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020JE006511

Kurzfassung

AbstractStudying the atmospheric Planetary Boundary Layer (PBL) is crucial to understand the climate of a planet. The meteorological measurements by the instruments onboard InSight at a latitude of 4.5⁰ N make a uniquely rich dataset to study the active turbulent dynamics of the daytime PBL on Mars. Here we use the high-sensitivity continuous pressure, wind, temperature measurements in the first 400 sols of InSight operations (from northern late winter to midsummer) to analyze wind gusts, convective cells and vortices in Mars’ daytime PBL. We compare InSight measurements to turbulence-resolving Large-Eddy Simulations (LES). The daytime PBL turbulence at the InSight landing site is very active, with clearly identified signatures of convective cells and a vast population of 6000 recorded vortex encounters, adequately represented by a power-law with a 3.4 exponent. While the daily variability of vortex encounters at InSight can be explained by the statistical nature of turbulence, the seasonal variability is positively correlated with ambient wind speed, which is supported by LES. However, wind gustiness is positively correlated to surface temperature rather than ambient wind speed and sensible heat flux, confirming the radiative control of the daytime martian PBL; and fewer convective vortices are forming in LES when the background wind is doubled. Thus, the long-term seasonal variability of vortex encounters at the InSight landing site is mainly controlled by the advection of convective vortices by ambient wind speed. Typical tracks followed by vortices forming in the LES show a similar distribution in direction and length as orbital imagery.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138252/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Bisher nur online erschienen.
Titel:A study of daytime convective vortices and turbulence in the martian Planetary Boundary Layer based on half-a-year of InSight atmospheric measurements and Large-Eddy Simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Spiga, A.Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD/IPSL), Sorbonne Université, Centre National de la Recherche Scientifique, École Polytechnique, École Normale Supérieure, Paris, France; Institut Universitaire de France, Paris, Francehttps://orcid.org/0000-0002-6776-6268NICHT SPEZIFIZIERT
Murdoch, N.Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE ‐ SUPAERO), Université de Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lorenz, R.D.Applied Physics Laboratory, Johns Hopkins University, MP3-E169, 11100 Johns Hopkins Road, Laurel, MD 20723, USAhttps://orcid.org/0000-0001-8528-4644NICHT SPEZIFIZIERT
Forget, F.Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD/IPSL), Sorbonne Université, Centre National de la Recherche Scientifique, École Polytechnique, École Normale Supérieure, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Newman, C.Aeolis Research, Pasadena, California, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rodriguez, S.Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pla-Garcia, J.Centro de Astrobiologia (CAB), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Viudez-Moreiras, D.Centro de Astrobiologia (CAB), Madrid, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Banfield, D.Department of Astronomy, Cornell University, Ithaca, NY, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Perrin, C.Institut de Physique du Globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Paris VII–Denis Diderot University, CNRS, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mueller, N.T.nils.mueller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9229-8921NICHT SPEZIFIZIERT
Lemmon, M.Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, Tucson, AZ, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Millour, E.Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD/IPSL), Sorbonne Université, Centre National de la Recherche Scientifique, École Polytechnique, École Normale Supérieure, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Banerdt, W.B.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 November 2020
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Planets
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1029/2020JE006511
Seitenbereich:e2020JE006511
Verlag:Wiley
ISSN:2169-9097
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mars, Planetary Boundary Layer, Turbulence, Dust devils, Large-Eddy Simulations, InSight
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt InSight - HP3
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Müller, Nils
Hinterlegt am:26 Nov 2020 10:07
Letzte Änderung:28 Feb 2023 14:56

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