Diagnostic Studies of Extratropical Cyclones in the Present and Warmer Climate

Show simple item record

dc.contributor.author Rantanen, Mika
dc.date.accessioned 2020-04-15T08:52:10Z
dc.date.available 2020-04-15T08:52:10Z
dc.date.issued 2020-04
dc.identifier.isbn 978-952-336-106-5
dc.identifier.issn 0782-6117
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/314037
dc.description.abstract Extratropical cyclones are among the most important weather phenomena at mid- and high latitudes. They drive the weather variability on daily basis, and the passage of a strong extratropical cyclone can occasionally cause damage for society in general and, as a specific example, forestry due to strong winds, flooding and snow load. Furthermore, extratropical cyclones are a crucial component of the atmospheric general circulation due to their ability to transport large amounts of heat and momentum. Because of climate change, the environment in which extratropical cyclones form will change. For example, the increase of available moisture for extratropical cyclones with the warming enhances the latent heat release in the clouds, affecting thus potentially the intensity and deepening rate of extratropical cyclones, and eventually the impacts which are felt at the surface. Therefore, studying the various effects of climate change on the dynamics of extratropical cyclones is of great importance. In this thesis, a diagnostic method was developed to analyse the physical causes of vertical motion, geopotential height tendency and relative vorticity tendency within extratropical cyclones. Information on the physical causes gives insight into the relative contribution of different moist and dry processes to the evolution of extratropical cyclones. The thesis covers studies of both an idealized, traditional type of cyclone driven by both adiabatic and diabatic dynamics, and a real-world cyclone which was transitioned from a hurricane and was found to be strongly dependent on moist processes. Information on such dynamical differences is essential during the era of changing climate, when the atmospheric moisture content is continuously increasing due to global warming. Furthermore, the changes in the characteristics and structure of extratropical cyclones with the warming were investigated. In a model simulation in which sea surface temperatures were increased by 4 K, the precipitation associated with the cyclones increased up to 50 %, and the area of rainfall moved further away from the cyclone's centre. It was also discovered that extratropical cyclones tend to respond differently to the changes in lower-level and upper-level temperature gradient. The decrease of lower-level temperature gradient, as anticipated in northern mid-latitudes with climate change, tends to decrease the strength of extratropical cyclones in a robust way. The response of extratropical cyclones to the increase of upper-level temperature gradient seems to be, in turn, more sensitive to the presence of atmospheric moisture, which highlights the importance of mid-tropospheric latent heat release for the development of extratropical cyclones. *** Liikkuvat matalapaineet ovat keski- sekä korkeiden leveysasteiden tärkeimpiä sääilmiöitä. Niiden ansiosta päivittäinen säämme on vaihtelevaa, mutta toisaalta voimakkaat matalapaineet voivat aiheuttaa vahinkoja yhteiskunnalle ja esimerkiksi metsätaloudelle myrskytuulien, tulvimisen tai lumisateiden takia. Keskileveysasteiden liikkuvat matalapaineet ovat myös tärkeä osa koko ilmakehän yleistä kiertoliikettä, koska ne kuljettavat liikemäärää ja esimerkiksi tasaavat päiväntasaajan ja korkeiden leveysasteiden suurta lämpötilaeroa. Ilmaston lämpenemisen myötä matalapaineiden kasvuympäristö tulee muuttumaan. Esimerkiksi lämpötilan noususta johtuva ilmakehän kosteussisällön kasvu voimistaa pilvissä tapahtuvaa latentin lämmön vapautumista, mikä vaikuttaa myrskyjen voimakkuuteen, voimistumisnopeuteen ja lopulta myös niiden aiheuttamiin tuhoihin. On siis tärkeää tutkia tarkasti mitä vaikutuksia ilmastonmuutoksella on liikkuvien matalapaineiden dynamiikkaan. Tässä tutkimuksessa kehitettiin diagnostinen työkalu jolla voitiin tutkia matalapaineissa ilmakehän pystyliikkeen sekä geopotentiaalikorkeuden ja suhteellisen pyörteisyyden muutosnopeuden fysikaalisia syitä. Tämän tiedon avulla saadaan selville miten adiabaattinen dynamiikka ja toisaalta diabaattiset prosessit vaikuttavat matalapaineiden kehitykseen, ja mikä on näiden tekijöiden keskinäinen suuruusluokka. Työssä tutkittiin sekä ideaalista, oppikirjamaista matalapainetta, sekä todellista, hurrikaanista muuntautunutta matalapainetta. Idealisoidussa tapauksessa sekä adiabaattiset että diabaattiset prosessit olivat voimakkaita, kun taas myrsky joka muuntui hurrikaanista keskileveysasteiden matalapaineeksi osoittautui vahvasti diabaattiseksi. Tällainen tieto eroavaisuuksissa myrskyjen dynamiikassa on keskeistä ilmastonmuutoksen aikakaudella, erityisesti kasvavan ilmakehän kosteussisällön takia. Väitöskirjatyössä tutkittiin myös miten keskileveysasteiden matalapaineiden ominaisuudet ja rakenne muuttuu ilmaston lämpenemisen myötä. Tulosten mukaan neljän asteen lämpeneminen kasvatti matalapaineisiin liittyvää sateisuutta jopa 50 %. Havaittiin myös että sadealue siirtyi lämpenemisen myötä kauemmaksi myrskyn keskustasta. Lisäksi huomattiin että myrskyjen dynamiikka riippuu eri tavalla ala- ja yläilmakehän lämpötilagradienteista, jotka muuttuvat pohjoisella pallonpuoliskolla ilmaston lämmetessä. Alailmakehän lämpötilagradientin heikkeneminen vähensi matalapaineiden voimakkuutta hyvin selkeästi, kun taas yläilmakehän lämpötilagradientin kasvattaminen voimisti matalapaineita, mutta voimistumisen suuruus oli herkkä ilmakehän kosteussisällölle. Saatu tulos korostaa latentin lämmön vapautumista matalapaineiden kehityksessä. fi
dc.language.iso en fi
dc.relation.ispartofseries Finnish Meteorological Institute Contributions 165 fi
dc.subject meteorology fi
dc.subject cyclones fi
dc.title Diagnostic Studies of Extratropical Cyclones in the Present and Warmer Climate fi
dc.type Thesis fi

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Thesis_Mika_Rantanen.pdf 7.527Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record