A coarsening model for self‐organization of tropical convection

Craig, George C.; Mack, J. M.

doi:10.1002/jgrd.50674

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“…Such sensitivities are readily evident in cloud-resolving model simulations, but are not always evident in convective parameterizations (Derbyshire et al 2004;Kuang and Bretherton 2006;Wu et al 2009). The failure of convective parameterizations to adequately capture this coupling may explain many of the difficulties in representing large-scale circulation features, such as the Madden-Julian Oscillation (MJO) (Bony and Emanuel 2005), processes of convective aggregation (Craig and Mack 2013;Becker et al 2017), and the structure of the tropical convergence zones (Möbis and Stevens 2012;Oueslati and Bellon 2013).…”

Section: Column Water Vapor (Thermodynamic Effects)mentioning

confidence: 99%

Structure and Dynamical Influence of Water Vapor in the Lower Tropical Troposphere

et al. 2017

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In situ, airborne and satellite measurements are used to characterize the structure of water vapor in the lower tropical troposphere-below the height, z Ã ; of the triple-point isotherm, T Ã : The measurements are evaluated in light of understanding of how lowertropospheric water vapor influences clouds, convection and circulation, through both radiative and thermodynamic effects. Lower-tropospheric water vapor, which concentrates in the first few kilometers above the boundary layer, controls the radiative cooling profile of the boundary layer and lower troposphere. Elevated moist layers originating from a preferred level of convective detrainment induce a profile of radiative cooling that drives circulations which reinforce such features. A theory for this preferred level of cumulus termination is advanced, whereby the difference between T Ã and the temperature at which primary ice forms gives a 'first-mover advantage' to glaciating cumulus convection, thereby concentrating the regions of the deepest convection and leading to more clouds and moisture near the triple point. A preferred level of convective detrainment near T Ã implies relative humidity reversals below zÃ which are difficult to identify using retrievals from satellite-borne microwave and infrared sounders. Isotopologues retrievals provide a hint of such features and their ability to constrain the structure of the vertical humidity profile merits further study. Nonetheless, it will likely remain challenging to resolve dynamically -017-9420-8 important aspects of the vertical structure of water vapor from space using only passive sensors.

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Section: Column Water Vapor (Thermodynamic Effects)mentioning

confidence: 99%

Structure and Dynamical Influence of Water Vapor in the Lower Tropical Troposphere

et al. 2017

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“…Uno de los trabajos recientes que busca explicar la influencia de la humedad en la convección y que conecta algunas de las ideas previamente introducidas por Peter & Neeling (2009,2006), fue desarrollado por Craig & Mack (2013). En este trabajo se introduce un modelo de balance de humedad para la troposfera libre en el cual la fenomenología física se apoya en tres procesos: i) un proceso de secado por subsidencia, ii) un proceso de humedecimiento convectivo, y iii) un proceso de mezcla horizontal turbulento.…”

Section: Modelos De Base Físicaunclassified

“…En este trabajo se introduce un modelo de balance de humedad para la troposfera libre en el cual la fenomenología física se apoya en tres procesos: i) un proceso de secado por subsidencia, ii) un proceso de humedecimiento convectivo, y iii) un proceso de mezcla horizontal turbulento. La construcción conceptual que realiza Craig & Mack (2013), permiten ver que la tropósfera libre puede ser representada a través de un sistema bi-estable 22 en el cual los procesos de retroalimentación conducen a que las regiones secas sean más secas y las regiones húmedas sean más húmedas, dentro del campo de humedad. Craig & Mack (2013) han denominado este proceso de concentración de la humedad, bajo el nombre de segregación.…”

Section: Modelos De Base Físicaunclassified

“…La construcción conceptual que realiza Craig & Mack (2013), permiten ver que la tropósfera libre puede ser representada a través de un sistema bi-estable 22 en el cual los procesos de retroalimentación conducen a que las regiones secas sean más secas y las regiones húmedas sean más húmedas, dentro del campo de humedad. Craig & Mack (2013) han denominado este proceso de concentración de la humedad, bajo el nombre de segregación. Un resultado importante del trabajo de Craig & Mack (2013), se asocia con las propiedades fractales del modelo.…”

Section: Modelos De Base Físicaunclassified

“…Ellos identifican que el proceso de segregación preserva la propiedad de autosemejanza dinámica, es decir, la escala espacial de las estructuras 23 crecen de acuerdo a una ley de potencia en el tiempo. Adicionalmente, Craig & Mack (2013) sugieren que la auto-organización es una propiedad genérica de los sistemas bi-estables, que es representado en el modelo por un proceso de transporte espacial débil (como es la difusión), una dependencia lineal de la tasa de secado por subsidencia, una dependencia exponencial en la tasa de humedecimiento convectivo y una restricción determinada por la hipótesis de equilibrio radiativo -convectivo.…”

Section: Modelos De Base Físicaunclassified

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Complejidad de la estructura espacio-temporal de la precipitación

Sánchez

Vélez

2015

Rev. Acad. Colomb. Cienc. Ex. Fis. Nat.

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ResumenEl entendimiento de los procesos de precipitación tiene implicaciones prácticas importantes que comprenden el dimensionamiento de obras de evacuación de aguas lluvias, la prevención y atención de desastres, la planificación de la ocupación territorial, el planeamiento y operación de recursos hídricos y el funcionamiento de los ecosistemas naturales, agropecuarios y urbanos. Sin embargo, su irregularidad no ha sido descifrada todavía. Existen diversos desarrollos matemáticos para tratar de describir la dinámica espacio -temporal de este complejo proceso hidrológico, pero todavía las predicciones espacio -temporales no son aceptables. En los primeros trabajos que se reportan en la literatura científica hubo interés por estudiar la estructura espacio -temporal de la precipitación mediante análisis estadísticos para caracterizar la variabilidad o aleatoriedad de sus observaciones. Pero aún en tal terreno existen limitaciones para una descripción completa de la estructura estocástica de los campos de precipitación, los modelos tradicionales no han resultado apropiados, su estructura es muy suave para una adecuada caracterización de un campo muy irregular, y la alternativa exige proliferación de parámetros y de hipótesis, lo que no es satisfactorio. Además de los retos de encontrar descripciones adecuadas, se ha vuelto crucial incorporar la dinámica del proceso físico, lo que puede venir de una integración de la termodinámica con la dinámica atmosférica y la turbulencia, para así avanzar en la predicción. Este artículo de revisión describe las principales características observadas de la precipitación, los problemas más notables en el intento por su explicación y los retos derivados de su complejidad.Palabras clave: precipitación, aleatoriedad, multifractales, ciencias hidrológicas. Complexity of the space-time structure of rainfall AbstractUnderstanding precipitation processes has important practical implications comprising the dimensioning of rainwater evacuation structures, disaster prevention planning, territorial occupation planning, water resources management and the performance of natural, agricultural and urban ecosystems. However, its inherent irregularity has not been deciphered. There are various mathematical developments attempting to describe the space -time dynamics of this complex hydrological process, but they are not adequate enough. Among the former works reported in the scientific literature, the study of the space -time structure of rainfall was rendered by mean of statistical analyzes in order to characterize the variability and randomness of their observations. But even in this field there are limitations for a complete description of the stochastic structure of rainfall fields, traditional models have not been appropriated, they produce smooth functions to characterize a very irregular field and the improvement of these models requires the proliferation of parameters and hypothesis, which is not satisfactory. In addition to the challenges of finding adequate descriptions, it has become cr...

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Radiative‐convective instability

Emanuel

Wing

Vincent

2014

J Adv Model Earth Syst

168

282

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Radiative-moist-convective equilibrium (RCE) is a simple paradigm for the statistical equilibrium the earth's climate would exhibit in the absence of lateral energy transport. It has generally been assumed that for a given solar forcing and long-lived greenhouse gas concentration, such a state would be unique, but recent work suggests that more than one stable equilibrium may be possible. Here we show that above a critical specified sea surface temperature, the ordinary RCE state becomes linearly unstable to large-scale overturning circulations. The instability migrates the RCE state toward one of the two stable equilibria first found by Raymond and Zeng (2000). It occurs when the clear-sky infrared opacity of the lower troposphere becomes so large, owing to high water vapor concentration, that variations of the radiative cooling of the lower troposphere are governed principally by variations in upper tropospheric water vapor. We show that the instability represents a subcritical bifurcation of the ordinary RCE state, leading to either a dry state with large-scale descent, or to a moist state with mean ascent; these states may be accessed by finite amplitude perturbations to ordinary RCE in the subcritical state, or spontaneously in the supercritical state. As first suggested by Raymond (2000) and Sobel et al. (2007), the latter corresponds to the phenomenon of selfaggregation of moist convection, taking the form of cloud clusters or tropical cyclones. We argue that the nonrobustness of self-aggregation in cloud system resolving models may be an artifact of running such models close to the critical temperature for instability.

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A coarsening model for self‐organization of tropical convection

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Structure and Dynamical Influence of Water Vapor in the Lower Tropical Troposphere

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