To a first approximation hurricanes can be considered as axisymmetric vor- tices. However, asymmetries often accompany the symmetric circulation. Spiral rainbands, elliptical eyewalls, polygonal eyewalls, secondary eyewalls, mesovortices, and deep rotating convective clouds are examples of such asym- metric structures. The contribution of these asymmetries to the intensity and structural changes of hurricanes are not well understood.In this thesis, a suite of numerical models (both two dimensional [2D] and three dimensional [3D]) along with a series of diagnostic tools (Empirical Normal Mode [ENM] method, linear eigenmode analysis, wave activities con- servations laws, Eliassen-Palm [EP] flux calculations, and eddy kinetic energy budget calculations), are used to study the underlying dynamics associated with: the lifetime of elliptical eyewalls (Chapter 2), the genesis of secondary eyewalls (Chapter 2,3), the origin of polygonal eyewalls and mesovortices and their contribution to the rapid intensification process (Chapter 4), and finally the role of asymmetric convective bursts to the intensification of developing hurricanes (Chapter 5). In Chapter 2, it is shown that the evolution and the lifetime of a 2D el- liptical eyewall may be controlled by the inviscid damping of sheared vortex Rossby waves (VRWs) or the decay of an excited quasimode. In the context of 2D vortex flows, it is also shown that secondary rings of enhanced vorticity (secondary eyewalls) can form by the radiation of VRWs that result from the release of barotropic instability, and the process of wave-mean flow in- teractions. In Chapter 3, the importance of VRWs to the secondary eyewall genesis is verified in a successful numerical simulation of hurricane Wilma (2005) that developed a secondary eyewall. In Chapter 4, an analysis of the simulated Wilma during the rapid intensification stage is performed to show that the observed polygonal eyewall in Wilma is the result of counterpropa- gating unstable VRWs. The analysis also indicates that the polygonal eyewall and mesovortices can assist in the rapid intensification process. Finally, in Chapter 5 it is shown that the response of a weak vortex to asymmetric con- vective bursts is dominated by the excitation of damped sheared VRWs that act to accelerate the symmetric flow through the radial transport of angular momentum. / D'une façon approximative, les ouragans peuvent être considérés comme des vortex axisymétriques. Cependant, des asymétries accompagnent souvent la circulation symétrique. Des bandes de pluie en spirale, des mésovortex et de profonds et tourbillonnants orages convectifs sont des exemples de tels structures. Le mur autour de l'oeil de l'ouragan (ou simplement le mur) peut aussi prendre des formes elliptiques ou polygonales. Parfois même, la présence de murs secondaires est observée. La contribution de ces asymétries à l'intensité et aux changements structuraux des ouragans sont mal compris. Dans cette thèse, nous utilisons plusieurs modèles en deux et trois dimensions (2D et 3D) ainsi que des outils de diagnostiques (incluant la méthode des "Empirical Normal Mode" [ENM], l'analyse des "eigenmode" linéaires, les lois dictant la conservation des activités ondulatoires, le calcul des flux d'Eliassen-Palm [EP] ainsi que les calculs des budgets d'énergie cinétique) afin d'étudier les effets dynamiques associées à: la dure de vie des murs elliptiques (chapitre 2), la genèse des murs secondaires (chapitres 2 et 3), l'origine des murs polygonaux et des mésovortex ainsi que leur contribution associé à l'intensification des ouragans (chapitre 4) et, finalement, le rôle des pulsations convectives aussi associés à l'intensification des ouragans en développement (chapitre 5). Dans le chapitre 2, nous démontrons que l'évolution et la durée de vie de murs elliptiques en 2D pourrait être contrôlés par l'amortissement inviscide d'ondes de Rossby tourbillonnantes (VRWs) ou de la dissipation d'un quasi-mode préalablement excité. Dans des simulations en 2D, il est aussi démontré que des anneaux secondaires de vorticité prononcée (des murs secondaires) peuvent être formés par la radiation de VRWs qui résultent de la libération d'instabilité barotropique ainsi que des interactions avec l'écoulement moyen. Dans le chapitre 3, l'importance des VRWs à la genèse des murs secondaires est vérifiée dans une successions de simulations numériques de l'ouragan Wilma (2005) qui a développé un mur secondaire. Dans le chapitre 4, l'analyse de la simulation de Wilma durant le stade d'intensification rapide est utilisée pour dmontrer que le mur de forme polygonale observé durant Wilma est le résultat de VRWs instables se propageant en sens contraire. Notre analyse indique aussi que les murs polygonaux et les mésovortex peuvent contribuer au processus d'intensification rapide des ouragans. Finalement, dans le chapitre 5, il est démontré que la réponse d'un vortex de faible intensité aux pulsations convectives asymétries est dominée par l'excitation de VRWs amortis et cisaillés qui accélêrent l'écoulement symétrique par le transport de moment angulaire.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123186 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Menelaou, Konstantinos |
| Contributors | Man K Yau (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 | Doctor of Philosophy (Department of Atmospheric and Oceanic Sciences) |
| 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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