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Multi-Scale Kelvin-Helmholtz Instability Dynamics Observed by PMC Turbo on 12 July 2018: 2. DNS Modeling of KHI Dynamics and PMC Responses

Fritts, David C. und Wang, L. und Lund, Thomas L. und Thorpe, S. A. und Kjellstrand, Bjorn und Kaifler, Bernd und Kaifler, Natalie (2022) Multi-Scale Kelvin-Helmholtz Instability Dynamics Observed by PMC Turbo on 12 July 2018: 2. DNS Modeling of KHI Dynamics and PMC Responses. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, n/a (n/a), e2021JD035834. Wiley. doi: 10.1029/2021JD035834. ISSN 2169-897X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2021JD035834

Kurzfassung

Kjellstrand et al. (2021) describes the evolution and dynamics of a strong, large-scale Kelvin-Helmholtz instability (KHI) event observed in polar mesospheric clouds (PMCs) on 12 July 2018 by high-resolution imagers aboard the PMC Turbulence (PMC Turbo) stratospheric long-duration balloon experiment. The imaging provides evidence of KH billow interactions and instabilities that are strongly influenced by gravity waves at larger scales. Specific features include initially separated regions of KHI, secondary convective and KH instabilities of individual billows, and “tubes” and “knots” that arise where billow cores are mis-aligned or discontinuous along their axes. This study describes a direct numerical simulation of KH billow interactions in a periodic domain seeded with random initial noise that enables excitation of multiple KH billows exhibiting variable phase structures that capture multiple features of the observed KHI dynamics. Variable KH billow phases along their axes yield initial vortex tubes having diagonal alignments that link adjacent, but mis-aligned, billow cores. Weak initial vortex tubes and billow cores having nearly orthogonal alignments amplify, interact strongly, and drive intense vortex knots at these sites. These vortex tube & knot (T&K) dynamics excite “twist waves” that unravel the initial vortex tubes, and drive increasingly strong vortex interactions and a cascade of energy and enstrophy to successively smaller scales in the turbulence inertial range. The implications of T&K dynamics are much more rapid and intense breakdown and decay of the KH billows, and significantly enhanced energy dissipation rates, where these interactions occur.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/188251/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-Scale Kelvin-Helmholtz Instability Dynamics Observed by PMC Turbo on 12 July 2018: 2. DNS Modeling of KHI Dynamics and PMC Responses
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fritts, David C.GATS Inc., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, L.GATS Inc., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lund, Thomas L.GATS Inc., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thorpe, S. A.Bangor University, Menai Bridge, UK,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kjellstrand, BjornColumbia Univ., New York, NY, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5891-242XNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, NatalieDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-3118-6480NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 August 2022
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:n/a
DOI:10.1029/2021JD035834
Seitenbereich:e2021JD035834
Verlag:Wiley
ISSN:2169-897X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Kelvin-Helmholtz instability, multi-scale dynamics, KHI knots and tubes, instabilities and turbulence
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Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Kaifler, Dr. Natalie
Hinterlegt am:27 Sep 2022 14:39
Letzte Änderung:28 Jun 2023 13:34

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