Published February 6, 2023
| Version v1
Publication
Open
Observations of Gravity Wave Refraction and Its Causes and Consequences
Creators
- 1. Forschungszentrum Jülich
- 2. South African Weather Service
- 3. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
- 4. Institute of Astronomy and Space Physics
- 5. Karlsruhe Institute of Technology
Description
Abstract Horizontal gravity wave (GW) refraction was observed around the Andes and Drake Passage during the SouthTRAC campaign. GWs interact with the background wind through refraction and dissipation. This interaction helps to drive midatmospheric circulations and slows down the polar vortex by taking GW momentum flux (GWMF) from one location to another. The SouthTRAC campaign was composed to gain improved understanding of the propagation and dissipation of GWs. This study uses observational data from this campaign collected by the German High Altitude Long Range research aircraft on 12 September 2019. During the campaign a minor sudden stratospheric warming in the southern hemisphere occurred, which heavily influenced GW propagation and refraction and thus also the location and amount of GWMF deposition. Observations include measurements from below the aircraft by Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere and above the aircraft by Airborne Lidar for the Middle Atmosphere. Refraction is identified in two different GW packets as low as ≈4 km and as high as 58 km. One GW packet of orographic origin and one of nonorographic origin is used to investigate refraction. Observations are supplemented by the Gravity‐wave Regional Or Global Ray Tracer, a simplified mountain wave model, ERA5 data and high‐resolution (3 km) WRF data. Contrary to some previous studies we find that refraction makes a noteworthy contribution in the amount and the location of GWMF deposition. This case study highlights the importance of refraction and provides compelling arguments that models should account for this.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
لوحظ انكسار موجة الجاذبية الأفقية المجردة (GW) حول ممر الأنديز ودريك خلال حملة SouthTRAC. يتفاعل GWs مع رياح الخلفية من خلال الانكسار والتبديد. يساعد هذا التفاعل على دفع الدورات الدموية في منتصف الغلاف الجوي ويبطئ الدوامة القطبية عن طريق أخذ تدفق زخم GW (GWMF) من موقع إلى آخر. تألفت حملة SouthTRAC لاكتساب فهم أفضل لانتشار وتبديد GWs. تستخدم هذه الدراسة بيانات الرصد من هذه الحملة التي جمعتها طائرة الأبحاث الألمانية طويلة المدى على ارتفاعات عالية في 12 سبتمبر 2019. خلال الحملة، حدث ارتفاع مفاجئ طفيف في درجة حرارة الستراتوسفير في نصف الكرة الجنوبي، مما أثر بشكل كبير على انتشار وانكسار GW، وبالتالي أيضًا على موقع وكمية ترسب GWMF. تشمل الملاحظات قياسات من أسفل الطائرة بواسطة Gimballed Limb Observer للتصوير الإشعاعي للغلاف الجوي وفوق الطائرة بواسطة Airborne Lidar للغلاف الجوي الأوسط. يتم تحديد الانكسار في حزمتين مختلفتين من GW منخفضة تصل إلى ≈4 كم ومرتفعة تصل إلى 58 كم. يتم استخدام حزمة GW واحدة من أصل orographic وواحدة من أصل غير OROGRAPHIC للتحقيق في الانكسار. يتم استكمال الملاحظات بواسطة جهاز تتبع الأشعة الإقليمية أو العالمية لموجات الجاذبية، وهو نموذج مبسط لموجات الجبال، وبيانات ERA5 وبيانات WRF عاليةالدقة (3 كم). على عكس بعض الدراسات السابقة، نجد أن الانكسار يقدم مساهمة جديرة بالملاحظة في كمية وموقع ترسب GWMF. تسلط دراسة الحالة هذه الضوء على أهمية الانكسار وتقدم حججًا مقنعة مفادها أن النماذج يجب أن تأخذ ذلك في الاعتبار.Translated Description (French)
Résumé La réfraction des ondes de gravité horizontales (GW) a été observée autour du passage des Andes et de Drake au cours de la campagne SouthTRAC. Les GW interagissent avec le vent de fond par réfraction et dissipation. Cette interaction aide à conduire les circulations médiatmosphériques et ralentit le vortex polaire en prenant le flux de quantité de mouvement GW (GWMF) d'un endroit à un autre. La campagne SouthTRAC a été composée pour mieux comprendre la propagation et la dissipation des GW. Cette étude utilise les données d'observation de cette campagne collectées par l'avion de recherche allemand High Altitude Long Range le 12 septembre 2019. Au cours de la campagne, un réchauffement stratosphérique soudain mineur s'est produit dans l'hémisphère sud, ce qui a fortement influencé la propagation et la réfraction des GW et donc également l'emplacement et la quantité de dépôt de GWMF. Les observations comprennent des mesures sous l'avion par Gimballed Limb Observer pour l'imagerie de la radiance de l'atmosphère et au-dessus de l'avion par Airborne Lidar pour l'atmosphère moyenne. La réfraction est identifiée dans deux paquets GW différents aussi bas que ≈4 km et aussi haut que 58 km. Un paquet GW d'origine orographique et un d'origine non orographique sont utilisés pour étudier la réfraction. Les observations sont complétées par le traceur de rayons régional ou mondial Gravity-Wave, un modèle d'onde de montagne simplifié, des données ERA5 et des données WRF hauterésolution (3 km). Contrairement à certaines études antérieures, nous constatons que la réfraction apporte une contribution notable à la quantité et à l'emplacement du dépôt de GWMF. Cette étude de cas met en évidence l'importance de la réfraction et fournit des arguments convaincants selon lesquels les modèles devraient en tenir compte.Translated Description (Spanish)
Resumen La refracción de la onda de gravedad horizontal (GW) se observó alrededor del Paso de los Andes y Drake durante la campaña SouthTRAC. Las GW interactúan con el viento de fondo a través de la refracción y la disipación. Esta interacción ayuda a impulsar las circulaciones de la atmósfera media y ralentiza el vórtice polar al llevar el flujo de impulso GW (GWMF) de un lugar a otro. La campaña SouthTRAC se compuso para obtener una mejor comprensión de la propagación y disipación de los GW. Este estudio utiliza datos observacionales de esta campaña recopilados por el avión de investigación alemán High Altitude Long Range el 12 de septiembre de 2019. Durante la campaña se produjo un calentamiento estratosférico repentino menor en el hemisferio sur, que influyó en gran medida en la propagación y refracción de GW y, por lo tanto, también en la ubicación y la cantidad de deposición de GWMF. Las observaciones incluyen mediciones desde debajo de la aeronave por Gimballed Limb Observer para Radiance Imaging of the Atmosphere y por encima de la aeronave por Airborne Lidar para la Atmósfera Media. La refracción se identifica en dos paquetes de GW diferentes tan bajos como ≈4 km y tan altos como 58 km. Se utiliza un paquete de GW de origen orográfico y otro de origen no orográfico para investigar la refracción. Las observaciones se complementan con el trazador de rayos regional o global de ondas gravitacionales, un modelo simplificado de ondas de montaña, datos ERA5 y datos WRF de altaresolución (3 km). Contrariamente a algunos estudios previos, encontramos que la refracción hace una contribución notable en la cantidad y la ubicación de la deposición de GWMF. Este estudio de caso destaca la importancia de la refracción y proporciona argumentos convincentes de que los modelos deberían tener en cuenta esto.Files
2022JD036830.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b88e5d4a460f8b591a5d2b80901689bd
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- ملاحظات انكسار موجة الجاذبية وأسبابه وعواقبه
- Translated title (French)
- Observations de la réfraction des ondes de gravité et de ses causes et conséquences
- Translated title (Spanish)
- Observaciones de la refracción de ondas de gravedad y sus causas y consecuencias
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4315650652
- DOI
- 10.1029/2022jd036830
References
- https://openalex.org/W1972662579
- https://openalex.org/W1979601660
- https://openalex.org/W1984536447
- https://openalex.org/W1985591854
- https://openalex.org/W1993903955
- https://openalex.org/W1994396914
- https://openalex.org/W2000746283
- https://openalex.org/W2019287687
- https://openalex.org/W2022015190
- https://openalex.org/W2023858098
- https://openalex.org/W2041127926
- https://openalex.org/W2073266540
- https://openalex.org/W2087274219
- https://openalex.org/W2087955451
- https://openalex.org/W2107960553
- https://openalex.org/W2109606373
- https://openalex.org/W2113000697
- https://openalex.org/W2116834022
- https://openalex.org/W2119586913
- https://openalex.org/W2124365777
- https://openalex.org/W2139011662
- https://openalex.org/W2144617861
- https://openalex.org/W2148039876
- https://openalex.org/W2153100820
- https://openalex.org/W2158993832
- https://openalex.org/W2160135121
- https://openalex.org/W2162209291
- https://openalex.org/W2165953737
- https://openalex.org/W2171690040
- https://openalex.org/W2275660238
- https://openalex.org/W2340520140
- https://openalex.org/W2508100462
- https://openalex.org/W2531966698
- https://openalex.org/W2541919475
- https://openalex.org/W2591746421
- https://openalex.org/W2592919138
- https://openalex.org/W2593540587
- https://openalex.org/W2611772571
- https://openalex.org/W2737192591
- https://openalex.org/W2755714945
- https://openalex.org/W2789488479
- https://openalex.org/W2793187718
- https://openalex.org/W2803138781
- https://openalex.org/W2858648650
- https://openalex.org/W2883183514
- https://openalex.org/W2883478268
- https://openalex.org/W2886257406
- https://openalex.org/W2890867707
- https://openalex.org/W2900220638
- https://openalex.org/W2911103519
- https://openalex.org/W2913384302
- https://openalex.org/W2947303280
- https://openalex.org/W2950441567
- https://openalex.org/W2960871415
- https://openalex.org/W2969563896
- https://openalex.org/W2978923643
- https://openalex.org/W2997697868
- https://openalex.org/W3004041580
- https://openalex.org/W3019045331
- https://openalex.org/W3025949386
- https://openalex.org/W3035360231
- https://openalex.org/W3058546130
- https://openalex.org/W3082152899
- https://openalex.org/W3082803967
- https://openalex.org/W3089732678
- https://openalex.org/W3095317269
- https://openalex.org/W3095652039
- https://openalex.org/W3101919774
- https://openalex.org/W3102374258
- https://openalex.org/W3118040071
- https://openalex.org/W3123354966
- https://openalex.org/W3124150260
- https://openalex.org/W3126541097
- https://openalex.org/W3135887368
- https://openalex.org/W3155771327
- https://openalex.org/W3158811079
- https://openalex.org/W3164463190
- https://openalex.org/W3201868588
- https://openalex.org/W3208981842
- https://openalex.org/W4200366840
- https://openalex.org/W4221048216
- https://openalex.org/W4233444072
- https://openalex.org/W4282923636
- https://openalex.org/W4283700159
- https://openalex.org/W4292941879
- https://openalex.org/W4393552910