POTENTIAL VORTICITY AND HELICITY DYNAMICS OF CONVECTIVE STORMS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using the example of a catastrophic convective storm that occurred in Moscow and the region on June 20, 2024, a study was done on the evolution of the potential vorticity and helicity based on information from a global hydrodynamic model and then a nonhydrostatic mesoscale model. Comparison of model data with weather radar information showed that a synoptic-scale tropospheric potential vorticity anomaly can serve as an indicator of the existence of convection. However, to specify the time and place of occurrence and development of active convection, a study based on information from a mesoscale nonhydrostatic model is necessary. If convection exists, mesoscale potential vorticity in the troposphere in the baroclinic zone are horizontally oriented dipoles of positive and negative anomalies. The integral helicity (0–3 km) in the zone of active fronts also has a dipole structure, and a comparison of the integral helicity with an objective frontal analysis showed that negative helicity is present in the zone of cold fronts, and positive helicity is present in the zone of warm fronts. In the zone of active convection, near the convective updraft flow, the structure of helicity calculated from the vertical component of vorticity is vortex dipoles – cyclonically and anticyclonically directed vortices, and in this zone, the same dipoles are formed in the structure of the mesoscale potential vorticity. Considering the occurrence of positive feedback between the mesoscale potential vorticity and helicity in the baroclinic zone, it is suggested to use the product of the gradient of the integral helicity in the layer from 0 to 3 km and the gradient of the mesoscale potential vortex in the middle troposphere to determine the zones of occurrence of dangerous convective phenomena – thunderstorms, squalls, heavy precipitation.

About the authors

Yu. I. Yusupov

MapMakers Group Ltd.

Email: usupov@gismeteo.com
Moscow, Russia

References

  1. Вазаева Н.В., Чхетиани О.Г., Курганский М.В., Каллистратова М.А. Спиральность и турбулентность в атмосферном пограничном слое // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 1. С. 34—52.
  2. Копров Б.М., Копров В.М., Курганский М.В., Чхетиани О.Г. Спиральность и потенциальный вихрь в приземной турбулентности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 6. С. 637—647.
  3. Курганский М.В. Введение в крупномасштабную динамику атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 168 с.
  4. Курганский М.В. Связь между спиральностью и потенциальным вихрем в сжимаемой вращающейся жидкости // Турбулентность, динамика атмосферы и климата. М.: ГЕОС, 2014. С. 122—133.
  5. Левина Г.В., Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А. Облачно-разрешающий численный анализ процесса генерации спиральности в условиях тропического циклогенеза // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 4. С. 213—222.
  6. Макоско А. А, Максименков Л.О. Новый прогностический индикатор неблагоприятных и опасных явлений погоды-градиент интегральной спиральности поля скорости атмосферных движений // Проблемы анализа риска. 2019. Т. 16. № 2. С. 50—57.
  7. Руководящий документ. Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. РД 52.27.284—91 / Комитет гидрометеорологии при кабинете министров СССР. М.: Госгидромет СССР, 1991.
  8. Юсупов Ю.И. Метод прогноза шквалов с использованием термодинамических параметров атмосферы и потенциального вихря Эртеля // Метеорология и гидрология. 2013. № 11. С. 55—63.
  9. Юсупов Ю.И. Исследование структуры тропосферного потенциального вихря в масштабе мезо-γ при глубокой влажной конвекции с помощью модели WRF-ARW // Процессы в геосредах. 2020. № 4 (26). С. 983—988.
  10. Browning K.A. et al. The convective storm initiation project // Bulletin of the American Meteorological Society. 2007. V. 88. № 12. P. 1939—1956.
  11. Chagnon J.M., Gray S.L. Horizontal potential vorticity dipoles on the convective storm scale // Q. J.R. Meteorol. Soc. 2009. V. 135. P. 1392—1408.
  12. Holton J.R. An Introduction to Dynamic Meteorology. 4th ed. Elsevier Academic Press, 2004.
  13. Markowski P., Richardson Y. Mesoscale meteorology in mid-latitudes. John Wiley & Sons, 2011.
  14. Russell A., Vaughan G., Norton E.G. Large-scale potential vorticity anomalies and deep convection // Q. J.R. Meteorol. Soc. 2012. V. 138. P. 1627—1639.
  15. Shiqiang F., Zhemin T. On the helicity dynamics of severe convective storms // Advances in Atmospheric Sciences. 2001. V. 18. № 1. P. 67—86.
  16. Zhemin T., Rongsheng W. Helicity dynamics of atmospheric flow // Advances in atmospheric sciences. 1994. V. 11. № 2. P. 175—188.
  17. User’s Guide for the Advanced Research WRF (ARW) Modeling System Version 4.1, 2019. https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_v4/v4.1/contents.html

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».