This thesis investigates the hypothesis that the stochastic structure of deterministic models of the atmosphere is captured by multiplicative cascade processes. Using data from reanalyses (ERA 40) and two meteorological models (GFS, GEM), we investigate the spatial and temporal cascade structures of the temperature, humidity, and horizontal wind at various altitudes, latitudes, and forecast times. Over the range spanning from the model dissipation scales (≈100 km) to at least 5000 km and for statistical moments up to order 2, the cascade predictions are satisfied to typically better than ±1%. In time, we find corresponding cascade structures with outer scales of roughly 15 days. By constructing space-time diagrammes, we find they are roughly linear up to 5-10 days with transformation velocities of about 1000 km/day, as predicted based on the solar energy flux. This transition time scale, which corresponds to planetary size structures, objectively defines the weather/climate transition. / Cette thèse examine si la structure stochastique des modèles atmosphérique peut être décrite par des processus de cascades multiplicatives. Utilisant les données de réanalyse (ERA40) et de deux modèles météorologiques (GFS, GEM), les structures de cascades spatiale et temporelle des champs de température, humidité et vent horizontal à différentes altitudes, latitudes et temps de prévision sont examinées. De l'échelle de dissipation du modèle jusqu'à au moins 5000 km et jusqu'au moment statistique q=2.0, les prédictions de cascade sont vérifiées à typiquement ±1% ou moins. Les analyses temporelles indiquent des structures de cascade avec échelles externes d'approximativement 15 jours. Les diagrammes espace-temps correspondants sont approximativement linéaires jusqu'à 5-10 jours avec des vitesses de transformation d'environ 1000 km/jour, ce qui est consistent avec le calcul fait à partir du flux d'énergie solaire. Cette échelle de temps de transition correspondant aux structures de tailles planétaires définit objectivement la transition de la météologie au climat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.66942 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Stolle, Jonathan |
| Contributors | Shaun MacDonald Lovejoy (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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