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Peter Hitchcock
Author with expertise in Climate Change and Variability Research
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Interferometer-controlled scanning transmission X-ray microscopes at the Advanced Light Source

A. Kilcoyne et al.Feb 27, 2003
Two new soft X-ray scanning transmission microscopes located at the Advanced Light Source (ALS) have been designed, built and commissioned. Interferometer control implemented in both microscopes allows the precise measurement of the transverse position of the zone plate relative to the sample. Long-term positional stability and compensation for transverse displacement during translations of the zone plate have been achieved. The interferometer also provides low-distortion orthogonal x, y imaging. Two different control systems have been developed: a digital control system using standard VXI components at beamline 7.0, and a custom feedback system based on PC AT boards at beamline 5.3.2. Both microscopes are diffraction limited with the resolution set by the quality of the zone plates. Periodic features with 30 nm half period can be resolved with a zone plate that has a 40 nm outermost zone width. One microscope is operating at an undulator beamline (7.0), while the other is operating at a novel dedicated bending-magnet beamline (5.3.2), which is designed specifically to illuminate the microscope. The undulator beamline provides count rates of the order of tens of MHz at high-energy resolution with photon energies of up to about 1000 eV. Although the brightness of a bending-magnet source is about four orders of magnitude smaller than that of an undulator source, photon statistics limited operation with intensities in excess of 3 MHz has been achieved at high energy resolution and high spatial resolution. The design and performance of these microscopes are described.
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Structural Chemistry of 1,2 Dilauroyl-DL-phosphatidylethanolamine: Molecular Conformation and Intermolecular Packing of Phospholipids

Peter Hitchcock et al.Aug 1, 1974
Crystals of 1,2 dilauroyl-DL-phosphatidyl-ethanolamine:acetic acid are monoclinic with a = 46.2, b = 7.77, c = 9.95 Å, β = 92.0°; space group P 2 1 /c. The structural analysis, based on the visual estimates of 1467 reflection intensities, was achieved by direct methods, and least squares analysis convergence was to R 1 = 0.28. There are marked differences between the observed molecular conformation and those that have been predicted theoretically. The mean planes containing the lipid chains are essentially parallel to one another; the phosphodiester moiety has a double gauche conformation, while intermolecular hydrogen bonding modifies the conformation that could be anticipated for an isolated phosphatidylethanolamine molecule. The intermolecular packing produces the classical lipid bilayer structure, adjacent lipid bilayers being separated by acetic acid molecules of crystallization. The hydrocarbon chain packing can be considered either as a quasi-hexagonal type or as a complex orthorhombic subcell arrangement. One-dimensional electron density profiles across the lipid bilayer at increasing resolution clearly demonstrate the origin of features present on the low resolution profiles of both model and natural membranes.
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The Downward Influence of Stratospheric Sudden Warmings*

Peter Hitchcock et al.Jul 25, 2014
Abstract The coupling between the stratosphere and the troposphere following two major stratospheric sudden warmings is studied in the Canadian Middle Atmosphere Model using a nudging technique by which the zonal-mean evolution of the reference sudden warmings are artificially induced in an ~100-member ensemble spun off from a control simulation. Both reference warmings are taken from a freely running integration of the model. One event is a displacement, the other is a split, and both are followed by extended recoveries in the lower stratosphere. The methodology permits a statistically robust study of their influence on the troposphere below. The nudged ensembles exhibit a tropospheric annular mode response closely analogous to that seen in observations, confirming the downward influence of sudden warmings on the troposphere in a comprehensive model. This tropospheric response coincides more closely with the lower-stratospheric annular mode anomalies than with the midstratospheric wind reversal. In addition to the expected synoptic-scale eddy feedback, the planetary-scale eddies also reinforce the tropospheric wind changes, apparently responding directly to the stratospheric anomalies. Furthermore, despite the zonal symmetry of the stratospheric perturbation, a highly zonally asymmetric near-surface response is produced, corresponding to a strongly negative phase of the North Atlantic Oscillation with a much weaker response over the Pacific basin that matches composites of sudden warmings from the Interim ECMWF Re-Analysis (ERA-Interim). Phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project models exhibit a similar response, though in most models the response’s magnitude is underrepresented.
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The Role of the Stratosphere in Subseasonal to Seasonal Prediction: 2. Predictability Arising From Stratosphere‐Troposphere Coupling

Daniela Domeisen et al.Nov 18, 2019
Abstract The stratosphere can have a significant impact on winter surface weather on subseasonal to seasonal (S2S) timescales. This study evaluates the ability of current operational S2S prediction systems to capture two important links between the stratosphere and troposphere: (1) changes in probabilistic prediction skill in the extratropical stratosphere by precursors in the tropics and the extratropical troposphere and (2) changes in surface predictability in the extratropics after stratospheric weak and strong vortex events. Probabilistic skill exists for stratospheric events when including extratropical tropospheric precursors over the North Pacific and Eurasia, though only a limited set of models captures the Eurasian precursors. Tropical teleconnections such as the Madden‐Julian Oscillation, the Quasi‐Biennial Oscillation, and El Niño–Southern Oscillation increase the probabilistic skill of the polar vortex strength, though these are only captured by a limited set of models. At the surface, predictability is increased over the United States, Russia, and the Middle East for weak vortex events, but not for Europe, and the change in predictability is smaller for strong vortex events for all prediction systems. Prediction systems with poorly resolved stratospheric processes represent this skill to a lesser degree. Altogether, the analyses indicate that correctly simulating stratospheric variability and stratosphere‐troposphere dynamical coupling are critical elements for skillful S2S wintertime predictions.
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Predictability of downward propagation of major sudden stratospheric warmings

Alexey Karpechko et al.Feb 9, 2017
Major sudden stratospheric warmings ( SSWs ) are striking phenomena of wintertime stratospheric circulation usually defined as a reversal of zonal mean circulation from westerlies to easterlies. SSWs often have significant impact on tropospheric circulation and cause anomalies in surface climate lasting for up to 2 months. For this reason, dynamics and predictability of SSW receive considerable attention. It is however well‐known that not all SSWs cause significant, long‐lasting impact on the troposphere. In order to explain differences in tropospheric impacts following SSWs , several reasons have been previously proposed, including differences in type of SSW (split or displacement), persistence of stratospheric anomalies, preconditioning of the tropospheric circulation, and whether or not SSW was accompanied by a planetary wave reflection in the stratosphere. Here we address the predictability of tropospheric impacts by SSWs by seeking early precursors of the impacts. We separate midwinter SSWs into two groups: those which are followed by significant, long‐lasting impacts on the tropospheric circulation (defined in terms of anomalous Northern Annular Mode) and those not followed by significant anomalies in the annular mode. We show that SSWs characterised by a more negative Northern Annular Mode index in the lower stratosphere around 150 hPa and enhanced wave activity propagation to the stratosphere during the first few days following the central date have a larger probability of being followed by tropospheric impact, both in reanalyses and in climate model runs. These anomalies play a more important role in the subsequent downward propagation of the signal to the troposphere than the type of SSW : whether it is a split or a displacement, or absorptive or reflective SSW . We propose that using these anomalies as precursors of tropospheric impacts of SSW can enhance climate predictability.
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