Original paper

Helicity production and maintenance in a baroclinic atmosphere

Kurgansky, Michael V.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 15 No. 4 (2006), p. 409 - 416

published: Aug 23, 2006

DOI: 10.1127/0941-2948/2006/0148

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ArtNo. ESP025011504004, Price: 29.00 €

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Abstract

A canonical, maximum symmetric form of the helicity balance equation in a baroclinic fluid with two independent variables of state (e.g., in a 'dry atmosphere') is reviewed. It is emphasized that the baroclinicity per se is incapable of producing helicity. An analogy between helicity and thermodynamic entropy is sketched, e.g., with regard to reversible and irreversible atmospheric processes. Under the Boussinesq approximation, the canonical helicity balance equations are applied to analyze two distinct self-consistent versions of an approximate asymptotic solution for a helical Rankine-like vortex, embedded in a convectively unstable boundary layer. The proposed methodology may be regarded as a prototype for diagnostics and validation of more complex and realistic vortex models.

Kurzfassung

Eine kanonische, maximal symmetrische Form der Helizitätsbilanzgleichung in einer baroklinen Flüssigkeit mit zwei unabhängigen Zustandsvariablen (z.B., in einer 'trockenen Atmosphäre') wird besprochen. Es wird hervorgehoben, dass die Baroklinität an sich nicht in der Lage ist, Helizität zu produzieren. Es wird eine Analogie zwischen Helizität und thermodynamischer Entropie entworfen, auch in Hinsicht auf reversible und irreversible atmosphärische Prozesse. Die kanonischen Helizitätsbilanzgleichungen werden unter der Boussinesq-Approximation angewendet, um zwei unterschiedliche, konsistente Versionen einer approximierten asymptotischen Lösung für einen spiralförmigen Rankine-ähnlichen Wirbel, eingebettet in eine konvektiv instabile Grenzschicht, zu analysieren. Die vorgeschlagene Methodik kann als ein Prototyp für die Diagnose und Verifikation von komplexeren und realistischeren Wirbelmodellen betrachtet werden.