Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 38

Mesoscale atmospheric convective vortices over the seas PowerPoint PPT Presentation

  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

MESOSCALE CYCLOGENESIS OVER THE FAR EASTERN SEAS: STUDY WITH THE USAGE OF SATELLITE RADIOPHYSICAL MEASUREMENTS Irina A. Gurvich, Leonid M. Mitnik, Maya L. Mitnik V.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RAS Vladivostok, 690041, Russia, e-mail: [email protected]

Download Presentation

Mesoscale atmospheric convective vortices over the seas

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript

MESOSCALE CYCLOGENESIS OVER THE FAR EASTERN SEAS: STUDY WITH THE USAGE OF SATELLITE RADIOPHYSICAL MEASUREMENTSIrina A. Gurvich, Leonid M. Mitnik, Maya L. MitnikV.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, FEB RASVladivostok, 690041, Russia, e-mail: [email protected]

Mesoscale atmospheric convective vortices over the seas

are one of the worst studied meteorological objects.

Horizontal scales of the mesoscale vortices vary from one

hundred to one thousand kilometers and life time duration –

from several hours till 2-3 days. They can be responsible for

unexpected and frequently not predicted weather

deterioration that threatens to transport and fishery

operation at the sea.These features in combination with the

sparse meteorological observations hinder their revealing in

pressure field on the surface analysis map. Thus remote

sensing of the atmosphere-ocean system is indispensable

for diagnosis and forecasting of the mesoscale vortices.

Satellite infrared and visible images provide the detailed

presentation on cloud system of mesoscale vortices and are

the basis for tracing their evolution.

Quantitative information on the atmospheric and oceanic

parameters in the mesoscale vortex area can be obtained

from passive and active microwave measurements.

  • The purpose of this work is investigation of structure and characteristics of mesoscale vortices over the Okhotsk and West Bering Seas by analysis of the Envisat ASAR images, the Aqua AMSR-E brightness temperatures Тbs and fields of the total atmospheric water vapor content V and total cloud liquid water content Q retrieved from Тbs.

Sensors,satellites and data

  • • Promising sources of regularly available remotely sensed data to the MCs study are the AquaAdvanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E), the QuikSCAT Seawindsscatterometer and Terra and Aqua MODISspectroradiometer. All these sensors are characterized by a wide swath and possess improved spatial resolution and/or have additional spectral channels compare to such sensors as the SSM/I, AMSU, AVHRR, etc.

  • One more active sensor, a wide swath Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) can contribute the high-resolution near-surface wind field.

Envisat ASAR

AMSR observation concept

Advanced Microwave Scanning RadiometerAMSR is an 8-frequency total-power microwave radiometer with dual polarization (except two vertical channels in the 50-GHz band).AMSRhas a conical scanning geometry. Incidence angle is 55 deg.


  • Probe MVs evolution and structure using:

  • - Terra and Aqua MODIS visible/IRimages, NOAA IR images (cloudiness)

  • - AquaAMSR-E brightness temperatures(water vapor content and cloud liquid water)

  • - QuikSCATSeaWinds and EnvisatASAR (surface wind)

  • -Surface analysis,absolute topography and temperature field maps from JMA and KMA, absolute topography, temperature and SSTreanalyses from NCEP-NCAR NOAA.

  • Case studies:

  • Okhotsk and West Bering Seas.

    Cold period 2006, 2007.

Bering Sea


of air-sea

interaction and

formation of

mesoscale rolls

and cells during

cold air

outbreaks over

the Northwest


Okhotsk Sea


Aqua MODIS 20 Nov 2004 02:15

Мезомасштабный циклогенез над ДВ морями наиболее активен в осенне-зимний период.

Favorable conditions for mesoscale cyclogenesis

Almost stationary

upper-air trough

or depression

and thermal


Air temperature

at 500-hPa height

is -(40 – 45)°C.

Малоподвижная высотная ложбина или депрессия и термическая ложбина или

замкнутый очаг холода с температурой воздуха на изобарической поверхности

500 мб от -40 до -45°С

Favorable conditions for mesoscale cyclogenesis

Бароклинность в пограничном слое атмосферы. Термическая асимметрия

на картах АТ925 и АТ850 в северо-западной части Охотского моря.

Low-level baroclinicity

Favorable conditions for mesoscale cyclogenesis

Большие градиенты ТПО, обусловленные близостью ледяного

покрова или холодного материка.

Large SST gradients along theice edge or cold land.

Favorable conditions for mesoscale cyclogenesis

Поле приземного давления в районе формирования мезовихря характеризуется

стационарной ложбиной или периферией гребня или ядра высокогодавления.

Surface analysis. Almost stationary trough or periphery of

high-pressure area.

Areas of mesoscale cyclogenesis over the

Okhotsk and West Bering Seas.

На формирование мезовихрей существенное влияние оказывают и орографические

факторы. Этим объясняются характерные районы их зарождения.

Envisat ASAR23:50 UTC 6 Dec

6-7 December 2006.Okhotsk Sea.


KMA surface analysis, AT500, AT850 and NCEP-NCARSST reanalysis

00 UTC 7 Dec

Градиентная зона (АТ850) способствовала усилению северо-восточного ветра в зал. Шелихова.



ASAR 23:50 6 Dec

MODIS 02:00 7 Dec

Mesoscale vortex near western Kamchatka (size of MV ≈ 300 km, d of MV center ≈ 80 km)

ASAR 23:50 6 Dec

Поле ветра, восстановленное по данным скаттерометра QuikSCAT за 19:05 Гр

6 и 8:06 Гр 7 декабря. Мезовихрь смещался к югу с осью ложбины, за 12 часов

опустившись почти на 2° долготы.




QuikSCAT winds on 6 Dec at 19:05 UTC (left) and

on 7 December at 08:06 UTC (right) and Envisat

ASARimage (center) on 7 December at 23:50 UTC.

MODIS 02:00 7 Dec

Вариации яркости на изображении РСА с полным разрешением (фрагмент)демонстрируют

неоднородность шероховатости в центральной маловетренной области вихря. Видна вихреобразная

структура линии сдвига, а также вихревые цепочки, поперечные волны и мелкие конвективные ячейки в

центральной области вихря в поле облачности и приводного ветра.


Fragment of ASAR

full resolution

image showing

variations of sea

surface wind into

the MV center


MODIS 02:00 7 Dec

В зоне более слабых ветров между линией сдвига и побережьем Камчатки на изображении

РСА c полным разрешением хорошо видны отпечатки мелких конвективных ячеек и гряд

(фрагмент), которые на видимом изображении не просматриваются.


Fragment of ASAR full resolution



Small-scale cellular convection between the

shear wind zone and Kamchatka coast.

02:00 UTC

Поле яркостных температур на изображении Aqua AMSR-E.Области слабых градиентов

ветра в центре вихря и к западу от камчатского побережья соответствует сухой воздух

на микроволновом изображении, а участкам с наиболее высокой яркостной

температурой – конвективная облачность и вариации яркости в поле приводного ветра

на изображении РСА.





02:00 UTC

Envisat ASAR 23:50 6 Dec

Aqua AMSR-E 89 GHz H polarization

19 December 2006. Okhotsk Sea

Cold air outbreak

and mesovortex

on TerraMODIS

image taken on

02:15 UTC.

Length of its

cloud band

≈ 400 km.

Dark rectangle marks the

Boundaries of Envisat ASAR

image taken at 00:13 UTC

Мезовихрь на фоне холодного вторжения на видимом изображении. Длина его облачной

полосы около 400 км.

ASAR 00:13 UTC


02:25 UTC

NOAA-17 00:21 UTC

Warm core and mesoscale

convective features

within the centre (d = 70-80 km)



Sikora T.D. and all. Synthetic aperture radar as a tool for investigating polar mesoscale cyclones. Weather and Forecasting, 2000, V. 15, 745-758.

Young G.S. and all. Use of synthetic aperture radar in finescale surface analysis of synoptic-scale front at sea. Weather and Forecasting, 2005, V. 20, 311-327.

Envisat ASAR

11:40 UTC

11 February 2007 Okhotsk Sea

Okhotsk Sea

KMA surface analysis, upper-air

maps and NCEP-NCAR SST

reanalysis12 UTC 11 Feb 2007





11 February 2007. Okhotsk Sea

Envisat ASAR

11:40 UTC

Мезовихрь в форме запятой у ледовой кромки в центральной части Охотского моря длиной по горизонтали

примерно 380 км. Длина вихреобразных структур вдоль линии сдвига ветра в среднем составляет 35 км.



16:55 UTC

Aqua AMSR-E 16:55 UTC

Comma cloud near the ice edge

Surface manifestation of dry convection in the sea surface

roughness on ASAR image(left). Cloud cells are absent on

visible image(right).

Проявления сухой конвекции на изображении РСА, которые в поле облачности


Water vapor content and cloud liquid water content from AMSR-E data

ASAR 00:24 UTC



Okhotsk Sea 29 January 2007

KMA surface

analysis, AT500 and



00 UTC 29 Jan 2007

No indication of MV

Envisat ASAR 00:24 UTC 29 Jan 2007

QuikSCAT wind 19:31 UTC 28 Jan 2007


Cyclonic circulation is evident on sea wind map

28 January 2007 Mesovortex formation

JMA AT500and NCEP-NCAR AT925and air

temperature reanalysis. 00 UTC 28 January 2007

Red dots indicate the location of vortex centers

28 January 2007 Mesovortex formation


17:28 UTC


01:39 UTC


11:24 UTC

ASAR 00:24 UTC

Aqua AMSR-E 02:15 UTC

Aqua MODIS 02:15 UTC



Okhotsk Sea 29 January 2007

d ≈ 180 km




Mature polar low at NW Bering Sea15 January 2006

Aqua MODIS at 00:50 UTC, JMA surface analysis and

NCEP-NCAR SST reanalysis on15 Jan 2006at 00 UTC

Полярный циклон в Беринговом море в максимальной стадии развития. На карте

приземного анализа отсутствует. Спиральная структура облачной системы

циклона с концентрическим безоблачным «глазом» в центре.

Convergence of sea surface winds and cyclonic circulation

Мезомасштабная циклоническая циркуляция и конвергенция в поле

приводного ветра, восстановленном по данным скаттерометра QuikSCAT.



Aqua MODIS for 00:50 UTC

15 Jan 2006. Visible image.

QuikSCATfor 18 UTC 14 Jan 2006

Structure of polar low

Aqua AMSR-E 00:55 UTC

Size of PL ≈ 160-170 km

Diameter of PL eye ≈15 km.



Aqua MODIS 00:55 UTC visible

Cloudiness field

Aqua MODIS 00:55 UTC

Water vapor and cloud liquid water

Filling polar low at NW Bering Sea15 January 2006

JMA surface analysis, AT700 and NCEP-NCAR

SST reanalysis 12 UTC 15 Jan 2006

Envisat ASAR 10:21 UTC

Полярный циклон смещался на северо-восток соскоростью≈ 15 км/час, приближаясь к

суше и заполняясь.

Polar low evolution on ASAR, IR and TB(89H) images

Aqua MODIS IR 14:25 UTC

Aqua AMSR-E 14:25 UTC

Мезовихрь стадии заполнения. Облачная система, сохраняя спиральную структуру, приобрела форму овала, «глаз» в его центре стал менее выраженным. Область слабых ветров в центральной части расширилась по площади, вдоль ее внутренней границы появилась облачная полоса, состоящая из цепочки вихреобразных структур (2) длиной около 10 км . Крупные дождевые ячейки видны на всех трех изображениях,

Envisat ASAR 10:21 UTC

Water vapor and cloud liquid water

Полное содержание водяного пара и капельной влаги в области мезоциклона по сравнению

со стадией максимального развития уменьшилось на 1 и 0,3 кг/м2 соответственно.

Aqua MODIS IR image for 14:25 UTC

  • As a whole, satellite passive and active sensing at different ranges provided more complete and comprehensive information on evolution of mesoscale vortices that, in turn, has a special importance for analysis and forecasting as well as for validation of cloud-resolving numerical models.

Данные спутниковых активных и пассивных измерений в совокупности обеспечивают четкое представление о зарождении, перемещении и эволюции мезовихрей, а также о скорости ветра и интенсивности осадков в зоне их влияния. Они представляют интерес как для анализа и прогноза МВ и связанных с ними опасных явлений, так и для проверки результатов численного моделирования.

  • Login