Toward a Stochastic Relaxation for the Quasi‐Equilibrium Theory of Cumulus Parameterization: Multicloud Instability, Multiple Equilibria, and Chaotic Dynamics
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The representation of clouds and organized tropical convection remains one of the biggest sources of uncertainties in climate and long‐term weather prediction models. Some of the most common cumulus parameterization schemes, namely, mass‐flux schemes, rely on the quasi‐equilibrium (QE) closure, which assumes that convection consumes the large‐scale instability and restores large‐scale equilibrium instantaneously. However, the QE hypothesis has been challenged both conceptually and in practice. Subsequently, the QE assumption was relaxed, and instead, prognostic equations for the cloud work function (CWF) and the cumulus kinetic energy (CKE) were derived and used. It was shown that even if the CWF kernel serves to damp the CWF, the prognostic system exhibits damped oscillations on a timescale of a few hours, giving parameterized‐cumulus‐clouds enough memory to interact with each other, with the environment, and with stratiform anvils in particular. Herein, we show that when cloud‐cloud interactions are reintroduced into the CWF‐CKE equations, the coupled system becomes unstable. Moreover, we couple the CWF‐CKE prognostic equations to dynamical equations for the cloud area fractions, based on the mean field limit of a stochastic multicloud model. Qualitative analysis and numerical simulations show that the CKE‐CWF‐cloud area fraction equations exhibit interesting dynamics including multiple equilibria, limit cycles, and chaotic behavior both when the large‐scale forcing is held fixed and when it oscillates with various frequencies. This is representative of cumulus convection variability, and its capability to transition between various regimes of organization at multiple scales and regimes of scattered convection, in an intermittent and chaotic fashion.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».