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Detecting intense hurricanes from low resolution datasets via dynamical indicators

Authors :
Faranda, Davide
Messori, Gabriele
Yiou, Pascal
Thao, Soulivanh
Pons, Flavio
Dubrulle, Berengere
Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
London Mathematical Laboratory
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Extrèmes : Statistiques, Impacts et Régionalisation (ESTIMR)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Uppsala Universitet [Uppsala]
Department of Meteorology [Stockholm] (MISU)
Stockholm University
Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXes (SPHYNX)
Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Although the life-cycle of hurricanes is well understood, many of the underlying physical processes occur at scales below those resolved by globalclimate models (GCMs), so that projecting future changes in hurricance characteristicsremains challenging. We assess the capability of dynamical system metrics to identify intense cyclones even in coarse resolution datasets, where wind speed may be not accurately represented. We compute dynamical indicators, namely the persistence and number of active degrees of freedom, from the horizontal wind field of 146 tropical cyclones occurred between 2010 and 2018 using ERA5 reanalysis data at 0.25° horizontal resolution, and link these to the maximum sustained winds as detected from observational datasets. Our analysis provides a representation of cyclones in phase space and allows to: i) identify different stages of the cyclones’ life cycle as distinct regions of the phase space; and ii) locate regions of the phase space associated with intense cyclones (as detected from observations). Specifically, we find that the most intense cyclones are associated with a strong decrease of the instantaneous dimension and an increase in persistence of tropical cyclones. This relation could be used for detection of intense cyclones in comparativelycoarse resolution datasets, such as those issued from GCM simulations or century-long reanalyses.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..e1258fe3bdc5c33b1a633e0907f22828