POTENTIAL VORTICITY AND HELICITY DYNAMICS OF CONVECTIVE STORMS
- Authors: Yusupov Y.I.1
-
Affiliations:
- MapMakers Group Ltd.
- Issue: Vol 61, No 5 (2025)
- Pages: 592-602
- Section: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/0002-3515/article/view/360437
- DOI: https://doi.org/10.7868/S3034648725050055
- ID: 360437
Cite item
Abstract
Using the example of a catastrophic convective storm that occurred in Moscow and the region on June 20, 2024, a study was done on the evolution of the potential vorticity and helicity based on information from a global hydrodynamic model and then a nonhydrostatic mesoscale model. Comparison of model data with weather radar information showed that a synoptic-scale tropospheric potential vorticity anomaly can serve as an indicator of the existence of convection. However, to specify the time and place of occurrence and development of active convection, a study based on information from a mesoscale nonhydrostatic model is necessary. If convection exists, mesoscale potential vorticity in the troposphere in the baroclinic zone are horizontally oriented dipoles of positive and negative anomalies. The integral helicity (0–3 km) in the zone of active fronts also has a dipole structure, and a comparison of the integral helicity with an objective frontal analysis showed that negative helicity is present in the zone of cold fronts, and positive helicity is present in the zone of warm fronts. In the zone of active convection, near the convective updraft flow, the structure of helicity calculated from the vertical component of vorticity is vortex dipoles – cyclonically and anticyclonically directed vortices, and in this zone, the same dipoles are formed in the structure of the mesoscale potential vorticity. Considering the occurrence of positive feedback between the mesoscale potential vorticity and helicity in the baroclinic zone, it is suggested to use the product of the gradient of the integral helicity in the layer from 0 to 3 km and the gradient of the mesoscale potential vortex in the middle troposphere to determine the zones of occurrence of dangerous convective phenomena – thunderstorms, squalls, heavy precipitation.
References
- Вазаева Н.В., Чхетиани О.Г., Курганский М.В., Каллистратова М.А. Спиральность и турбулентность в атмосферном пограничном слое // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 1. С. 34—52.
- Копров Б.М., Копров В.М., Курганский М.В., Чхетиани О.Г. Спиральность и потенциальный вихрь в приземной турбулентности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 6. С. 637—647.
- Курганский М.В. Введение в крупномасштабную динамику атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 168 с.
- Курганский М.В. Связь между спиральностью и потенциальным вихрем в сжимаемой вращающейся жидкости // Турбулентность, динамика атмосферы и климата. М.: ГЕОС, 2014. С. 122—133.
- Левина Г.В., Зольникова Н.Н., Михайловская Л.А. Облачно-разрешающий численный анализ процесса генерации спиральности в условиях тропического циклогенеза // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 4. С. 213—222.
- Макоско А. А, Максименков Л.О. Новый прогностический индикатор неблагоприятных и опасных явлений погоды-градиент интегральной спиральности поля скорости атмосферных движений // Проблемы анализа риска. 2019. Т. 16. № 2. С. 50—57.
- Руководящий документ. Методические указания. Проведение производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрометеорологических и гелиогеофизических прогнозов. РД 52.27.284—91 / Комитет гидрометеорологии при кабинете министров СССР. М.: Госгидромет СССР, 1991.
- Юсупов Ю.И. Метод прогноза шквалов с использованием термодинамических параметров атмосферы и потенциального вихря Эртеля // Метеорология и гидрология. 2013. № 11. С. 55—63.
- Юсупов Ю.И. Исследование структуры тропосферного потенциального вихря в масштабе мезо-γ при глубокой влажной конвекции с помощью модели WRF-ARW // Процессы в геосредах. 2020. № 4 (26). С. 983—988.
- Browning K.A. et al. The convective storm initiation project // Bulletin of the American Meteorological Society. 2007. V. 88. № 12. P. 1939—1956.
- Chagnon J.M., Gray S.L. Horizontal potential vorticity dipoles on the convective storm scale // Q. J.R. Meteorol. Soc. 2009. V. 135. P. 1392—1408.
- Holton J.R. An Introduction to Dynamic Meteorology. 4th ed. Elsevier Academic Press, 2004.
- Markowski P., Richardson Y. Mesoscale meteorology in mid-latitudes. John Wiley & Sons, 2011.
- Russell A., Vaughan G., Norton E.G. Large-scale potential vorticity anomalies and deep convection // Q. J.R. Meteorol. Soc. 2012. V. 138. P. 1627—1639.
- Shiqiang F., Zhemin T. On the helicity dynamics of severe convective storms // Advances in Atmospheric Sciences. 2001. V. 18. № 1. P. 67—86.
- Zhemin T., Rongsheng W. Helicity dynamics of atmospheric flow // Advances in atmospheric sciences. 1994. V. 11. № 2. P. 175—188.
- User’s Guide for the Advanced Research WRF (ARW) Modeling System Version 4.1, 2019. https://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/user_guide_v4/v4.1/contents.html
Supplementary files



