Published February 25, 2023 | Version v1
Publication Open

The Coexistence of Gravity Waves From Diverse Sources During a SOUTHTRAC Flight

  • 1. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 2. Austral University
  • 3. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
  • 4. Forschungszentrum Jülich
  • 5. Universidad Nacional de La Plata

Description

Abstract We use observations from one of the SOUTHTRAC (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry) Campaign flights in Patagonia and the Antarctic Peninsula during September 2019 to analyze possible sources of gravity waves (GW) in this hotspot during austral late winter and early spring. Data from two of the instruments onboard the German High Altitude and Long Range Research Aircraft (HALO) are employed: the Airborne Lidar for Middle Atmosphere research (ALIMA) and the Basic HALO Measurement and Sensor System (BAHAMAS). The former provides vertical temperature profiles along the trajectory, while the latter gives the three components of velocity, pressure, and temperature at the flight position. GW‐induced perturbations are obtained from these observations. We include numerical simulations from the Weather Research and Forecast (WRF) model to place a four‐dimensional context for the GW observed during the flight and to present possible interpretations of the measurements, for example, the orientation or eventual propagation sense of the waves may not be inferred using only data obtained onboard. We first evaluate agreements and discrepancies between the model outcomes and the observations. This allowed us an assessment of the WRF performance in the generation, propagation, and eventual dissipation of diverse types of GW through the troposphere, stratosphere, and lower mesosphere. We then analyze the coexistence and interplay of mountain waves (MW) and non‐orographic (NO) GW. The MW dominate above topographic areas and in the direction of the so‐called GW belt, whereas the latter waves are mainly relevant above oceanic zones. WRF simulates NOGW as mainly upward propagating entities above the lower stratosphere. Model runs show that deep vertical propagation conditions are in general favorable during this flight but also that in the upper stratosphere and lower mesosphere and mainly above topography there is some potential for wave breaking. The numerical simulations evaluate the GW drag for the whole flight area and find that the strongest effect is located in the zonal component around the stratopause. The general behavior against height resembles that obtained with a local fixed lidar data. According to WRF results, up to 100 km horizontal wavelength MW account for about half of the force opposing the circulation of the atmosphere.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص نستخدم الملاحظات من إحدى رحلات حملة SOUTHTRAC (النقل والديناميكيات والكيمياء في نصف الكرة الجنوبي) في باتاغونيا وشبه الجزيرة القطبية الجنوبية خلال سبتمبر 2019 لتحليل المصادر المحتملة لموجات الجاذبية (GW) في هذه البقعة الساخنة خلال أواخر الشتاء الأسترالي وأوائل الربيع. يتم استخدام بيانات من اثنين من الأدوات على متن طائرة الأبحاث الألمانية عالية الارتفاع وطويلة المدى (HALO): Lidar المحمولة جواً لأبحاث الغلاف الجوي الأوسط (ALIMA) ونظام القياس والاستشعار الأساسي HALO (جزر البهاما). يوفر الأول منحنيات درجة حرارة رأسية على طول المسار، بينما يعطي الأخير المكونات الثلاثة للسرعة والضغط ودرجة الحرارة في موضع الطيران. يتم الحصول على الاضطرابات الناجمة عن GW من هذه الملاحظات. نقوم بتضمين عمليات محاكاة رقمية من نموذج أبحاث وتوقعات الطقس (WRF) لوضع سياق رباعيالأبعاد لـ GW الذي تمت ملاحظته أثناء الرحلة وتقديم تفسيرات محتملة للقياسات، على سبيل المثال، قد لا يتم استنتاج الاتجاه أو الإحساس بالانتشار النهائي للموجات باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها على متن الطائرة فقط. نقوم أولاً بتقييم الاتفاقيات والتناقضات بين نتائج النموذج والملاحظات. سمح لنا ذلك بتقييم أداء WRF في توليد أنواع مختلفة من GW وانتشارها وتبديدها في نهاية المطاف عبر التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير السفلي. ثم نقوم بتحليل التعايش والتفاعل بين الأمواج الجبلية (MW) وغيرالأوروغرافية (NO) GW. يسيطر MW فوق المناطق الطبوغرافية وفي اتجاه ما يسمى بحزام GW، في حين أن الموجات الأخيرة ذات صلة بشكل أساسي فوق المناطق المحيطية. يحاكي WRF NOGW ككيانات منتشرة صعودًا بشكل أساسي فوق طبقة الستراتوسفير السفلى. تُظهر عمليات التشغيل النموذجية أن ظروف الانتشار الرأسي العميق مواتية بشكل عام خلال هذه الرحلة ولكن أيضًا في طبقة الستراتوسفير العليا والوسطى السفلى وفوق التضاريس بشكل أساسي هناك بعض الاحتمالات لكسر الموجة. تقوم المحاكاة العددية بتقييم مقاومة GW لمنطقة الطيران بأكملها وتجد أن التأثير الأقوى يقع في المكون النطاقي حول الإيقاف الطبقي. يشبه السلوك العام ضد الارتفاع ذلك الذي تم الحصول عليه باستخدام بيانات ليدار ثابتة محلية. وفقًا لنتائج WRF، يمثل الطول الموجي الأفقي MW الذي يصل إلى 100 كم حوالي نصف القوة المعارضة لدوران الغلاف الجوي.

Translated Description (French)

Résumé Nous utilisons les observations de l'un des vols de la campagne SOUTHTRAC (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry) en Patagonie et dans la péninsule Antarctique en septembre 2019 pour analyser les sources possibles d'ondes de gravité (GW) dans ce point chaud à la fin de l'hiver austral et au début du printemps. Les données de deux des instruments à bord de l'avion de recherche allemand à haute altitude et à longue portée (HALO) sont utilisées : le lidar aéroporté pour la recherche sur l'atmosphère moyenne (ALIMA) et le système de mesure et de détection de base HALO (BAHAMAS). Le premier fournit des profils de température verticaux le long de la trajectoire, tandis que le second donne les trois composantes de vitesse, de pression et de température à la position de vol. Les perturbations induites par les GW sont obtenues à partir de ces observations. Nous incluons des simulations numériques à partir du modèle Weather Research and Forecast (WRF) pour placer un contexte en quatre dimensions pour le GW observé pendant le vol et pour présenter des interprétations possibles des mesures, par exemple, l'orientation ou le sens de propagation éventuel des vagues ne peuvent pas être déduits en utilisant uniquement les données obtenues à bord. Nous évaluons d'abord les accords et les divergences entre les résultats du modèle et les observations. Cela nous a permis d'évaluer les performances du WRF dans la génération, la propagation et la dissipation éventuelle de divers types de GW à travers la troposphère, la stratosphère et la basse mésosphère. Nous analysons ensuite la coexistence et l'interaction des vagues de montagne (MW) et des GW nonorographiques (NO). Les MW dominent au-dessus des zones topographiques et dans la direction de la ceinture dite GW, alors que ces dernières vagues sont principalement pertinentes au-dessus des zones océaniques. WRF simule NOGW comme des entités se propageant principalement vers le haut au-dessus de la basse stratosphère. Les modèles montrent que les conditions de propagation verticale profonde sont en général favorables pendant ce vol, mais aussi que dans la haute stratosphère et la basse mésosphère et principalement au-dessus de la topographie, il existe un certain potentiel de rupture des vagues. Les simulations numériques évaluent la traînée GW pour toute la zone de vol et constatent que l'effet le plus fort est situé dans la composante zonale autour de la stratopause. Le comportement général par rapport à la hauteur ressemble à celui obtenu avec une donnée lidar fixe locale. Selon les résultats du WRF, jusqu'à 100 km de longueur d'onde horizontale MW représentent environ la moitié de la force s'opposant à la circulation de l'atmosphère.

Translated Description (Spanish)

Resumen Utilizamos los resultados de uno de los vuelos de la Campaña SOUTHTRAC (Transporte, Dinámica y Química del Hemisferio Sur) en la Patagonia y la Península Antártica durante septiembre de 2019 para analizar posibles fuentes de ondas de gravedad (GW) en este punto caliente durante el final del invierno austral y principios de la primavera. Se emplean datos de dos de los instrumentos a bordo de la Aeronave Alemana de Investigación de Gran Altitud y Largo Alcance (HALO): el Lidar Aerotransportado para la investigación de la Atmósfera Media (ALIMA) y el Sistema Básico de Medición y Sensores HALO (BAHAMAS). El primero proporciona perfiles de temperatura verticales a lo largo de la trayectoria, mientras que el segundo proporciona los tres componentes de velocidad, presión y temperatura en la posición de vuelo. Las perturbaciones inducidas por GW se obtienen a partir de estas observaciones. Incluimos simulaciones numéricas del modelo de Investigación y Pronóstico Meteorológico (WRF) para colocar un contexto cuatridimensional para el GW observado durante el vuelo y para presentar posibles interpretaciones de las mediciones, por ejemplo, la orientación o el eventual sentido de propagación de las ondas no pueden inferirse utilizando solo los datos obtenidos a bordo. Primero evaluamos los acuerdos y las discrepancias entre los resultados del modelo y los resultados observados. Esto nos permitió evaluar el rendimiento del FRM en la generación, propagación y eventual disipación de diversos tipos de GW a través de la troposfera, la estratosfera y la mesosfera inferior. A continuación, analizamos la coexistencia y la interacción de las ondas de montaña (MW) y el GW no orográfico (NO). El MW domina por encima de las áreas topográficas y en la dirección del llamado cinturón GW, mientras que las últimas olas son principalmente relevantes por encima de las zonas oceánicas. WRF simula NOGW como entidades que se propagan principalmente hacia arriba por encima de la estratosfera inferior. Las corridas de modelos muestran que las condiciones de propagación vertical profunda son en general favorables durante este vuelo, pero también que en la estratosfera superior y la mesosfera inferior y principalmente por encima de la topografía hay cierto potencial para la ruptura de olas. Las simulaciones numéricas evalúan el arrastre GW para toda el área de vuelo y encuentran que el efecto más fuerte se encuentra en el componente zonal alrededor de la estratopausia. El comportamiento general frente a la altura se asemeja al obtenido con datos lidar fijos locales. Según los resultados del WRF, hasta 100 km de longitud de onda horizontal MW representan aproximadamente la mitad de la fuerza que se opone a la circulación de la atmósfera.

Files

2022JD037276.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:72d2f401832ca911bb59525d475a3181
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التعايش بين موجات الجاذبية من مصادر متنوعة أثناء رحلة SOUTHTRAC
Translated title (French)
La coexistence d'ondes de gravité provenant de sources diverses au cours d'un vol SOUTHTRAC
Translated title (Spanish)
La coexistencia de ondas gravitacionales de diversas fuentes durante un vuelo de SOUTHTRAC

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4319594271
DOI
10.1029/2022jd037276

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1512276430
  • https://openalex.org/W1544532437
  • https://openalex.org/W1586069791
  • https://openalex.org/W1855194089
  • https://openalex.org/W1929126344
  • https://openalex.org/W1944878026
  • https://openalex.org/W1964587103
  • https://openalex.org/W1968846264
  • https://openalex.org/W1971643479
  • https://openalex.org/W1973002832
  • https://openalex.org/W1980227062
  • https://openalex.org/W1982444067
  • https://openalex.org/W1994396914
  • https://openalex.org/W1996108479
  • https://openalex.org/W2003728726
  • https://openalex.org/W2011192188
  • https://openalex.org/W2013541067
  • https://openalex.org/W2015024096
  • https://openalex.org/W2021350270
  • https://openalex.org/W2032710139
  • https://openalex.org/W2034139177
  • https://openalex.org/W2050138693
  • https://openalex.org/W2061351220
  • https://openalex.org/W2066604463
  • https://openalex.org/W2083771735
  • https://openalex.org/W2096845762
  • https://openalex.org/W2111282842
  • https://openalex.org/W2117569679
  • https://openalex.org/W2124459709
  • https://openalex.org/W2127157791
  • https://openalex.org/W2133151955
  • https://openalex.org/W2139311853
  • https://openalex.org/W2144617861
  • https://openalex.org/W2152204370
  • https://openalex.org/W2156762931
  • https://openalex.org/W2158993832
  • https://openalex.org/W2161105143
  • https://openalex.org/W2163188735
  • https://openalex.org/W2170549978
  • https://openalex.org/W2173403224
  • https://openalex.org/W2295260029
  • https://openalex.org/W2346811593
  • https://openalex.org/W2523677473
  • https://openalex.org/W2531966698
  • https://openalex.org/W2537463206
  • https://openalex.org/W2592115622
  • https://openalex.org/W2601292940
  • https://openalex.org/W2606236955
  • https://openalex.org/W2735563470
  • https://openalex.org/W2746583776
  • https://openalex.org/W2781963114
  • https://openalex.org/W2794523367
  • https://openalex.org/W2804384431
  • https://openalex.org/W2888132052
  • https://openalex.org/W2888850314
  • https://openalex.org/W2890867707
  • https://openalex.org/W2904632102
  • https://openalex.org/W2950441567
  • https://openalex.org/W2963976237
  • https://openalex.org/W3082152899
  • https://openalex.org/W3082803967
  • https://openalex.org/W3095317269
  • https://openalex.org/W3095652039
  • https://openalex.org/W3118040071
  • https://openalex.org/W3124150260
  • https://openalex.org/W3135817224
  • https://openalex.org/W3208981842
  • https://openalex.org/W4200198930
  • https://openalex.org/W4200366840
  • https://openalex.org/W4206777073
  • https://openalex.org/W4290420351
  • https://openalex.org/W4297020619
  • https://openalex.org/W4301489892
  • https://openalex.org/W4311633723
  • https://openalex.org/W4315650652
  • https://openalex.org/W4393662670
  • https://openalex.org/W4393880827