On the study of the characteristics and life cycle of mesoscale convective band in type of airmass that occurred in the Honam area from June to September for only 4 years in the period of 2009~2012, 10 examples based on the amount of rainfall with AWS 24 hours/60 minutes rainfalls, Mt. Osung radar 1.5 km CAPPI/X-SECT images and KLAPS data for convective band with heavy rainfall event were selected. There were analyzed and classified by using the convective band with heavy rainfall occurred along the convergence line of sea wind in the form of individual multi-cellular cell and moving direction of convective band appeared in a variety of patterns; toward southwestern (2 cases), northeastern (4 cases), congesting (2 cases), and changing its moving direction (2 cases). The case study dated of the 17th Aug. 2012 was chosen and implemented by sequentially different evolution of its shape along the convergence line of sea wind cell and moving direction of convective band as equivalent potential temperatures at the lower layer have increased to the upper layer 500 hPa, that the individual cells were developed vertically and horizontally through their merger, but owing to divergence caused by weakened rainfall and descending air current, the growth of new cell was inhibited resulting in dissipation of convective cells.
This study investigates the characteristics of satellite brightness temperature (TB) and rainfall intensity over the life cycle of convective cells. The convective cells in the three event cases are detected and tracked from the growth stage to the dissipation stage using the half-hourly infrared (IR) images. For each IR images the values of minimum, mean, and variance for the convective cell's TBs and the sizes of convective cells are calculated and also the relationship between TB and rainfall intensity are investigated, which is obtained using the pixel values of satellite TB and the ground rainfall intensity measured by AWS (Automatic Weather Station). At the growth stage of the convective cells, the TB's variance and cloud size consistently increased, whereas TB's minimum and mean consistently decreased. At this stage the empirical relationships between TB and rainfall intensity are statistically significant and their slopes (intercepts) in absolute values are relatively large (small) compared to those at the dissipation stage. At the dissipation stage of the convective cells, the variability of TB distributions shows the opposite trend. The statistical significance of the empirical relationships are relatively weak, but their slopes (intercepts) vary over life cycle. These results indicate that satellite IR images can provide valuable information in identifying the convective cell's maturity stage and in the growth stage, they may be used in providing considerably accurate rainfall estimates.
On 21 September 2010, one of Chuseok holidays in Korea, localized heavy rainfalls occurred over the midwestern region of the Korean peninsula. In this study MTSAT-2 infrared and water vapor channel imagery are examined to find out some features which are obvious in each stage of the life cycle of convective cell for this heavy rain event. Also the kinematic and thermodynamic features probably associated with them are investigated. The first clouds related with the Chuseok heavy rain are detected as low-level multicell cloud (brightness temperature: $-15{\sim}0^{\circ}C$) in the middle of the Yellow sea at 1630~1900 UTC on 20 Sept., which are probably associated with the convergence at 1000 hPa. Convective cells are initiated in the vicinity of Shantung peninsula at 1933 UTC 20, which have developed around the edge of the dark region in water vapor images. At two times of 0033 and 0433 UTC 21 the merging of two convective cells happens near midwestern coast of the peninsula and then they have developed rapidly. From 0430 to 1000 UTC 21, key features of convective cell include repeated formation of secondary cell, slow horizontal cloud motion, persistence of lower brightness temperature ($-75{\sim}-65^{\circ}C$), and relatively small cloud size (${\leq}-50^{\circ}C$) of about $30,000km^2$. Radar analysis showed that this heavy rain is featured by a narrow line-shaped rainband with locally heavy rainrate (${\geq}50$ mm/hr), which is located in the south-western edge of the convective cell. However there are no distinct features in the associated synoptic-scale dynamic forcing. After 1000 UTC 21 the convective cell grows up quickly in cloud size and then is dissipated. These satellite features may be employed for very short range forecast and nowcasting of mesoscale heavy rain system.
This paper presents the development of new algorithm for identifying and tracking the convective cells in three dimensional reflectivity fields in Cartesian coordinates. First, the radar volume data in spherical coordinate system has been converted into Cartesian coordinate system by the bilinear interpolation. The three-dimensional convective cell has then been identified as a group of spatially consecutive grid points using reflectivity and volume thresholds. The tracking algorithm utilizes a fuzzy logic with four membership functions and their weights. The four fuzzy parameters of speed, area change ratio, reflectivity change ratio, and axis transformation ratio have been newly defined. In order to make their membership functions, the normalized frequency distributions are calculated using the pairs of manually matched cells in the consecutive radar reflectivity fields. The algorithms have been verified for two convective events in summer season. Results show that the algorithms have properly identified storm cells and tracked the same cells successively. The developed algorithms may provide useful short-term forecasting or nowcasting capability of convective storm cells and provide the statistical characteristics of severe weather.
On 31 July 2014, there was a localized torrential rainfall ($58.5mm\;hr^{-1}$) caused by a strong convective cell with thunder showers over Daegwallyeong. In the surface synoptic chart, a typhoon was positioned in the East China Sea and the subtropical high was expanded to the Korean peninsula. A WRF (Weather Research and Forecasting) numerical simulation with a resolution of 1 km was performed for a detailed analysis. The simulation result showed a similar pattern in a reflectivity distribution particularly over the Gangwon-do region, compared with the radar reflectivity. According to the results of the WRF simulation, the process and mechanism of the localized heavy rainfall over Daegwallyeong are as follows: (1) a convective instability over the middle part of the Korean peninsula was enhanced due to the low level advection of warm and humid air from the North Pacific high. (2) There was easterly flow from the coast to the mountainous regions around Daegwallyeong, which was generated by the differential heating of the insolation among Daegwallyeong and the Yeongdong coastal plain, and nearby coastal waters. (3) In addition, westerly flow from the western part of Daegwallyeong caused a strong convergence in this region, generating a strong upward motion combined by an orographic effect. (4) This brought about a new convective cell over Daegwallyeong. And this cell was more developed by the outflow from another thunderstorm cell to the south, and finally these two cells were merged to develop as a strong convective cell with thunder showers, leading to the record breaking maximum rainfall per hour ($58.5mm\;hr^{-1}$) in July.
In this paper, we study the dynamical behavior of the one-dimensional convective Cahn-Hilliard equation(CCHE) on a periodic cell [$-{\pi},{\pi}$]. We prove that as the control parameter passes through the critical number, the CCHE bifurcates from the trivial solution to an attractor. We describe the bifurcated attractor in detail which gives the final patterns of solutions near the trivial solution.
Variations of temperature and velocity fields in a Hele-Shaw Convection Cell (HSC) were measured using a holographic interferometry and PIV technique with varying Rayleigh number. Experimental results show a steady flow pattern at low Rayleigh numbers and a time-dependent periodic flow at high Rayleigh numbers. Two different measurement methods of holographic interferometry, double-exposure method and real-time method, were employed to measure the temperature field variations of HSC convective flow. In the double-exposure method, unwanted waves can be eliminated and reconstruction images are clear, but transient flow structure cannot be observed clearly. On the other hand, transient flow can be observed and reconstructed well using the real-time method. PIV results show that flow inside the HSC is periodic and the oscillating state is well matched with the temperature field results. The holographic interferometry and PIV techniques employed in this study are useful for analyzing the unsteady convective thermal fluid flows.
Thermodynamic conditions related with localized torrential rainfall in the middle west region of Korean peninsula are examined using radar rain rate and radiosonde observational data. Localized torrential rainfall events in this study are defined by three criteria base on 1) any one of Automated Synoptic Observing System (ASOS) hourly rainfall exceeds $30mmhr^{-1}$ around Osan, 2) the rain (> $1mmhr^{-1}$) area estimated from radar reflectivity is less than $20,000km^2$, and 3) the rain (> $10mmhr^{-1}$) cell is detected clearly and duration is short than 24 hr. As a result, 13 cases were selected during the summer season of 10 years (2004-13). It was found that the duration, the maximum rain area, and the maximum volumetric rain rate of convective cells (> $30mmhr^{-1}$) are less than 9hr, smaller than $1,000km^2$, and $15,000{\sim}60,000m^3s^{-1}$ in these cases. And a majority of cases shows the following thermodynamic characteristics: 1) Convective Available Potential Energy (CAPE) > $800Jkg^{-1}$, 2) Convective Inhibition (CIN) < $40Jkg^{-1}$, 3) Total Precipitable Water (TPW) ${\approx}$ 55 mm, and 4) Storm Relative Helicity (SRH) < $120m^2s^{-2}$. These cases mostly occurred in the afternoon. These thermodynamic conditions indicated that these cases were caused by strong atmospheric instability, lifting to overcome CIN, and sufficient moisture. The localized torrential rainfall occurred with deep moisture convection result from the instability caused by convective heating.
A numerical analysis has been carried out to investigate the influences of thermosolutal convection on the heat and mass transfer and solute segregation in crystals grown by the vertical Bridgman technique. The governing equations are solved by a finite-volume method using the power law scheme and the SIMPLE algorithm in which body-fitted coordinate system has been used. A primary convective cell driven by thermal gradients forms in the bulk of the domain, while a secondary convective cell driven by solutal gradients forms near interface. As the solutal Rayleigh number increases, secondary cell becomes to be stronger and has a great influence on the radial concentration along the interface.
The variations of temperature and velocity fields in a Hele-Shaw convection cell (HSC) were investigated using a holographic interferometry and 2-D PIV system with varying Rayleigh number. To measure quasisteady changes of temperature field, two different measurement methods of holographic interferometry; double-exposure method and real-time method, were employed. In the double-exposure method, unwanted waves can be eliminated effectively using digital image processing technique and the reconstruction images are clear, but transient flow structure cannot be reconstructed clearly. On the other hand, transient convective flow can be reconstructed well using the real-time method. However, the fringe patterns reconstructed by the real-time method contain more noises, compared with the double-exposure method. Experimental results show a steady flow pattern at low Rayleigh numbers and a time-dependent periodic flow structure at high Rayleigh numbers. The periodic flow pattern at high Rayleigh numbers obtained by the real-time holographic interferometer method is in a good agreement with the PIV results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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