Tracciatura dei treni d onda di Rossby: statistica e applicazioni

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1 Tracciatura dei treni d onda di Rossby: statistica e applicazioni Federico Grazzini, ARPA-SIMC Valerio Lucarini, Dip. di Fisica, Università di Bologna anticyclonic wave breaking, courtesy of Mel Shapiro

2 Introduzione The study of the properties of atmospheric planetary waves - e.g propagation and breaking - is crucial for understanding weather and climate. Persistent spell of anomalous weather are often observed in conjunction with pronounced and long lasting planetary wave packet. Although the skill of long range forecast (say beyond 10 days) is still pretty low, there are hints that pronounced planetary waves wave train episodes may bring in extra-predictability due to their inherent long space-time correlation (Grazzini, 2007). In terms of climate, planetary waves have a fundamental role for the meridional transport of energy and momentum.

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19 01/10/00 01/12/00 01/15/00 01/18/00 01/21/00 01/24/00 01/27/00 01/30/ hPa Meridional Wind (ms -1 ) UPPER- TROPOSPHERIC WAVE PACKET PROPAGATES WITH GROUP VELOCITY OF 30 m s- 1 BLIZZARD FORECAST VERIFICATION TIME AND LOCATION R1 T1 + R2 + T2 + + SYNOPTIC-SCALE TROUGH AND RIDGE FEATURES PROPAGATE WITH PHASE VELOCITY OF 5-10 m s- 1 Adapted from Thorpex Overview Mel Shapiro et al. (2002). Image provided by the NOAA- CIRES/Climate Diagnostics Center, Boulder, Colorado from their web site at 02/02/ E 120E W 60W Longitude

20 Wave packet envelope computation: Hilbert transform technique Step 1. The Fourier transform of a scalar function v(x) is computed: Step 2. The inverse Fourier transform is applied to a selected band (kmin < k <kmax) of the positive wavenumber. Step 3. The packet envelope is computed as follows: Zimin V et al (2003): Extracting envelopes of Rossby wave packets. Mon Wea Rev 131: Zimin V et al (2006): Extracting envelopes of non zonally propagating Rossby wave packets. Mon Wea Rev 134:

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22 Wave packet tracking algorithm Hovmoller diagram of envelope plus tracked wave packet, band 4-8, May 2008 DATA: 12h interval wind V-component at 250 hpa taken from the ECMWF ERA40 reanalysis in the period and from ECMWF operational analyses for the period Data are interpolated at 2.5 x2.5 degree resolution. Main steps of planetary tracking procedure: 1) Computation of planetary wave envelope over NH based on a Hilbert transform technique described in (Zimin et al. 2003) 2) Latitudinal average of the envelope over the belt 35-65N 3) Tracking of the envelope maxima: we assume that temporally subsequent maxima belongs to the same packet if group velocity remain within a physical range appropriate for that wave number interval and the amplitude of the envelope is above a certain threshold based on daily standard deviation of the envelope. Multiple packet are allowed. 4) Computation for two spectral wave number bands, 2-4 representing the standing waves (with a Cg range of -30/30 deg /day) and the band 5-7, representing faster eastward propagating synoptic disturbances (Cg range of 0/40 deg /day). The choice of the spectral bands is based on the findings of Dell Aquila et al. 2005

23 Origine e significato dei treni d onda di Rossby: il lavoro dell atmosfera Ringler at al., JAS 1998 Treno d onda forzato dall orografia Treno d onda associato a convezione tropicale SST and circulation anomalies over NPacific trigger a remote response trough a stationary Rossby wave train. Courtesy of L envelope o A(X) traccia l attività meteorologica ovvero zone con caratterizzate da una forte conversione ( eddy conversion ) di energia potenziale in energia meccanica. Il tracking dell envelope può rappresentare un potente strumento per comprendere la dinamica del clima nella realtà e nei modelli.

24 Statistica pacchetti d onda, inverni Standing waves o onde semistazionarie Synoptic waves o onde progressive

25 Statistica pacchetti d onda, inverni Standing waves o onde semistazionarie Synoptic waves o onde progressive

26 Statistica pacchetti d onda, inverni Standing waves o onde semistazionarie Synoptic waves o onde progressive

27 Statistica pacchetti d onda, inverni Standing waves o onde semistazionarie Synoptic waves o onde progressive East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast

28 Statistica pacchetti d onda, inverni Standing waves o onde semistazionarie Synoptic waves o onde progressive East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast

29 Statistica pacchetti d onda, estate East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast

30 Statistica pacchetti d onda, estate East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast East China Pac storm track Alaska Rockies US east coast

31 Esempio di diagnostica dei modelli Rossby Wave Train 17 July 2002, realtà e previsione Mensile Analysis Ens Mean Time ECMWF -- F. Grazzini, F. Vitart Informal seminar 30 April 2003 (part2)

32 Possibili prodotti per applicazioni di previsione a medio lungo termine

33 Possibili prodotti per applicazioni di previsione a medio lungo termine

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