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Kelvin Helmholtz Instability “Tube” & “Knot” Dynamics, Part I: Expanding Observational Evidence of Occurrence and Environmental Influences

Fritts, David C. und Baumgarten, Gerd und Pautet, Pierre-Dominique und Hecht, James und Williams, Bifford P. und Kaifler, Natalie und Kaifler, Bernd und Kjellstrand, Bjorn und Wang, Ling und Taylor, Michael J. und Miller, Amber (2023) Kelvin Helmholtz Instability “Tube” & “Knot” Dynamics, Part I: Expanding Observational Evidence of Occurrence and Environmental Influences. Journal of the Atmospheric Sciences, 80 (10), Seiten 2419-2437. American Meteorological Society. doi: 10.1175/JAS-D-22-0189.1. ISSN 0022-4928.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
161MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-22-0189.1

Kurzfassung

Multiple recent observations in the mesosphere have revealed large-scale Kelvin-Helmholtz instabilities (KHI) exhibiting diverse spatial features and temporal evolutions. The first event reported by Hecht et al. (2021) exhibited multiple features resembling those seen to arise in early laboratory shear-flow studies described as “Tube” and “Knot” (T&K) dynamics by Thorpe (1985, 1987). The potential importance of T&K dynamics in the atmosphere, and in the oceans and other stratified and sheared fluids, is due to their accelerated turbulence transitions and elevated energy dissipation rates relative to KHI turbulence transitions occurring in their absence. Motivated by these studies, we survey recent observational evidence of multi-scale Kelvin-Helmholtz instabilities throughout the atmosphere, many features of which closely resemble T&K dynamics observed in the laboratory and idealized initial modeling. These efforts will guide further modeling assessing the potential importance of these T&K dynamics in turbulence generation, energy dissipation, and mixing throughout the atmosphere and other fluids. We expect these dynamics to have implications for parameterizing mixing and transport in stratified shear flows in the atmosphere and oceans that have not been considered to date. Companion papers describe results of a multi-scale gravity wave direct numerical simulation (DNS) that serendipitously exhibits a number of KHI T&K events and an idealized multi-scale DNS of KHI T&K dynamics without gravity wave influences.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195418/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Kelvin Helmholtz Instability “Tube” & “Knot” Dynamics, Part I: Expanding Observational Evidence of Occurrence and Environmental Influences
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fritts, David C.GATS Inc./BoulderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumgarten, GerdUniversität Rostock, KühlungsbornNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pautet, Pierre-DominiqueUtah State UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hecht, JamesSSAL, El Segundo, CA, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Williams, Bifford P.GATS Inc., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, NatalieDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-3118-6480NICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5891-242XNICHT SPEZIFIZIERT
Kjellstrand, BjornColumbia Univ., New York, NY, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, LingGATS Inc., Boulder, CO, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Taylor, Michael J.Utah State UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Miller, AmberColumbia Univ., New York, NY, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Oktober 2023
Erschienen in:Journal of the Atmospheric Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:80
DOI:10.1175/JAS-D-22-0189.1
Seitenbereich:Seiten 2419-2437
Verlag:American Meteorological Society
ISSN:0022-4928
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CORAL, Rayleigh lidar, gravity waves, instability dynamics, noctilucent clouds, polar mesospheric clouds, mesopause region, mesosphere, middle atmosphere, Rio Grande
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Mittlere Atmosphäre
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Kaifler, Dr. Natalie
Hinterlegt am:12 Jun 2023 08:17
Letzte Änderung:13 Okt 2023 10:18

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