To analyze the physical processes of sea-breeze development over a coastal urban area, numerical simulation for seabreeze (SB) and its frontogenesis was examined based on urbanized MM5 (uMM5) with urban canopy parameterization. On 6 August 2006, SB and its front were well developed in Busan under a weak offshore flow. As a result of wind vector, ZVB (Zero Velocity Boundary), potential temperature obtained the uMM5, at 0900 LST, SB advanced below 200 m height in the coastal areas and the internal boundary grew with the urban coastal region. At noon, the height of the SB head with updraft was approximately one and a half times (~600 m) higher than its depth in central urban. Applying the frontogenesis function, the SB structure for frontogenesis and frontolysis were complicated spatially; the dynamic effects of wind (i.e. convergence and tilting term) could play an important role in the growth of SB, especially the convergence effect.
A Semi-Lagrangian method based on CIP(Cubic Interpolated Pseudoparticle)method is proposed and it is applied to solve the two dimensional advection equation. Especially the attentions are given to settle the pole problem and to enhance the accuracy in solving the advection equation on the spherical coordinate system. Tn this algorithm, the CU method is employed as the Semi-Lagrangian method and extended to the spherical coordinate system. To enhance the accuracy of the solution, the spatial discretization is made by CIP method. The mathematical formulation and numerical results are also described. To verify the efficiency, accuracy and capability of proposed algorithm, two dimensional rotating cosine bell problem and the frontogenesis problem are simulated by the present scheme. As results, it is confirmed that the present scheme gives an accurate solution and settles the pole problem in the advection equation on the sphere.
본 연구의 목적은 최근 발생한 태풍들의 이동속도와 관련하여 대기 중 총가강수량의 변화를 분석하는 것이다. 이 연구를 위해 미국기상위성연구소 및 기상청 천리안위성 2A호(GEO-KOMPSAT-2A)의 총가강수량 및 주야간 RGB 합성영상 자료뿐만 아니라 기상청의 기온, 강수량 및 풍속 등의 지상 관측 자료가 사용되었다. 기상청에서 제공하는 태풍 위치 및 이동속도를 활용하여, 2020년 태풍 바비, 마이삭, 하이선과 2019년 태풍 타파, 그리고 2018년 태풍 콩레이의 이동속도를 위도별 태풍 평균속도 통계자료와 비교하였다. 그 결과, 타파와 콩레이는 태풍의 위도별 평균속도와 유사하게 나타났으나 바비와 마이삭은 위도 약 25°N-30°N 구간에서 이동속도가 크게 감소하여 나타났다. 이는 대기 중의 수증기 띠가 전선의 형태로 바비와 마이삭 두 태풍의 전방에 위치하여 이들 태풍의 이동에 방해를 주었기 때문이었다. 즉 이동하는 태풍의 전방에 하층제트로 인해 발생한 수증기 띠가 전선을 형성할 경우, 이 전선과 태풍 사이에 위치하는 고기압 역은 더욱 발달하면서 열대야와 함께 블로킹 효과로 작용하여 태풍의 이동속도가 느리게 나타났다. 결과적으로 대기 중의 수증기가 많았던 바비와 마이삭의 경우, 1차로 하층제트를 따라 수증기 띠가 전선을 형성함으로 인한 집중호우가, 2차로 전선과 태풍 사이에 고기압 역의 하강기류로 인한 열대야 현상이, 그리고 3차로 태풍 자체의 육지 상륙에 의한 강풍과 폭우가 연달아 발생하였다.
In Korea, property and human damages occur annually due to heavy precipitation during the summer. On August 8, 2015, heavy rainfall occurred in the Seoul metropolitan area due to an outflow boundary, and $77mmhr^{-1}$ rainfall was recorded in Gwangju, Gyeonggi Province. In this study, the simulation of the WRF numerical model is performed to understand the cause and characteristics of heavy rainfall using the Conditional Instability of the Second Kind (CISK), potential vorticity (PV), frontogenesis function, and convective available potential energy (CAPE) analyses, etc. Convective cells initiated over the Shandong Peninsula and located on the downwind side of an upper level trough. Large amounts of water vapor were supplied to the Shandong Peninsula along the southwestern edge of a high pressure system, and from the remnants of typhoon Soudelor. The mesoscale convective system (MCS) developed through CISK process and moved over to the Yellow Sea. The outflow boundary from the MCS progressed east and pushed cold pool eastward. The warm and humid air over the Korean Peninsula further enhanced convective development. As a result, a new MCS developed rapidly over land. Because of the latent heat release due to convection and precipitation, strong potential vorticity was generated in the lower atmosphere. The rapid development of MCS and the heavy rainfall occurred in an area where the CAPE value was greater than $1300Jkg^{-1}$ and the fronto-genesis function value of 1.5 or greater coincided. The analysis result shows that the MCS driven by an outflow boundary can be identified using CISK process.
Kim, Yoo-Keun;Lee, Hwa-Woon;Kim, Jae-Hwan;Moon, Yun-Seob;Song, Sang-Keun
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제4권3호
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pp.127-137
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2000
This study presents an analysis of the characteristics of vertical ozone distribution near the surface using ozonesonde data(l995 to 1998), plus surface ozone and meteorological data from the Pohang region. These features were examined in detail using three case studies. The first related to episodes of high surface ozone concentrations during the Spring season when the frontogenesis between the high and low pressure associated with the upper-level jet stream was found to be located near the surface. The second was a 5-day winter period(l3 -17 December, 1997) in the Pohang province when the hourly concentrations exceeded 90 ppb on several occasions owing to low-level jets(LLJs) induced by a nocturnal stable layer. Accordingly, this explains why the high surface ozone concentrations occurred at night as the ozone was transported across the zone by a strong wind speed( over 12.5 ms .1). The third case study was ozone enhancement due to photochemical reactions. In this case, the maximum concentration of ozone exceeded 60 ppb in the summer(23 -28 August, 1997). When an ozone peak appeared within the boundary layer, the occurrence frequency of a low-level jet due to the nocturnal stable layer was about 77%, similarly the occurrence frequency of a near-surface ozone peak relative to the appearance of an LLJ was about 76%. Accordingly, there is clearly a close correlation between the occurrence of LLJs and near-surface ozone peaks.
An accurate adaptive mesh refinement based on the CIP method is proposed and it is applied to solve the two dimensional advection equations. In this method, the level set function is employed to refine and merge the computation cells. To enhance the accuracy of the solution, the spatial discretization is made by the CIP method. The CIP method has many advantages such as the third order accuracy, less diffusivity, and shape conserving. The mathematical formulation and numerical results are also described. To verify the efficiency, accuracy, and capability of the proposed algorithim, two dimensional rotating slotted cylinder and idealized frontogenesis are numerically simulated by the present scheme. As results, it is confirmed that the present method gives an efficient, reasonable solution in the advection equation.
In order to verify the enhancement of ozone and carbon monoxide (CO) during springtime in East Asia, we investigated weather conditions and data from remote sensors, air quality models, and air quality monitors. These include the geopotential height archived from the final (FNL) meteorological field, the potential vorticity and the wind velocity simulated by the Meteorological Mesoscale Model 5 (MM5), the back trajectory estimated by the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model, the total column amount of ozone and the aerosol index retrieved from the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), the total column density of CO retrieved from the Measurement of Pollution in the Troposphere (MOPITT), and the concentration of ozone and CO simulated by the Model for Ozone and Related Chemical Tracers (MOZART). In particular, the total column density of CO, which mightoriginate from the combustion of fossil fuels and the burning of biomass in China, increased in East Asia during spring 2000. In addition, the enhancement of total column amounts of ozone and CO appeared to be associated with both the upper cut-off low near 500 hPa and the frontogenesis of a surface cyclone during a weak Asian dust event. At the same time, high concentrations of ozone and CO on the Earth's surface were shown at the Seoul air quality monitoring site, located at the surface frontogenesis in Korea. It was clear that the ozone was invaded by the downward stretched vortex anomalies, which included the ozone-rich airflow, during movement and development of the cut-off low, and then there was the catalytic photochemical reaction of ozone precursors on the Earth's surface during the day. In addition, air pollutants such as CO and aerosol were tracked along both the cyclone vortex and the strong westerly as shown at the back trajectory in Seoul and Busan, respectively. Consequently, the maxima of ozone and CO between the two areas showed up differently because of the time lag between those gases, including their catalytic photochemical reactions together with the invasion from the upper troposphere, as well as the path of their transport from China during the weak Asian dust event.
Asian dust(or yellow sand) occurs mainly in spring and occasionally in winter in east Asia, when the weather conditions are under an upper trough/cut-off low and surface high/low pressure system during blocking episode days associated with the stationary patterns of the upper level jet stream. The transport mechanism for Asian dust during the blocking episode days in spring 2001 was analyzed using the TOMS aerosol index and meteorological mesoscale model 5(MM5). Based on the E vector, an extension of an Eliassen-Palm flux, the blocking episode days were found to be associated with the development of an upper cut-off low and surface cyclones. Concurrently, the occurrence of dust storms was also determined by strong cold advection at the rear of a jet streak, which exhibited a maximum wind speed within the upper jet stream. As such, the transport mechanism for Asian dust from China was due to advection of the isentropic potential vorticity(IPV) and isentropic surfaces associated with tropopause folding. The transport heights for Asian dust during the blocking episode days were found to be associated with the distribution of the isentropes below the IPV At the same time, lee waves propagated by topography affected the downward motion and blocking of Asian dust in China. The Asian dust transported from the dust source regions was deposited by fallout and rain-out with a reinforcing frontogenesis within a surface cyclone, as determined from satellite images using TOMS and GMS5. Accordingly, these results emphasize the importance of forecasting jet streaks, the IPV, and isentropes with geopotential heights in east Asia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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