Циклон -Cyclone

Внетропический циклон недалеко от Исландии 4 сентября 2003 г.

В метеорологии циклон ( / ˈs . k l n / ) — это большая воздушная масса , которая вращается вокруг сильного центра низкого атмосферного давления , против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии , если смотреть сверху (напротив к антициклону ). Циклоны характеризуются направленными внутрь спиральными ветрами, которые вращаются вокруг зоны низкого давления . Крупнейшими системами низкого давления являются полярные вихри и внетропические циклоны самого большого масштаба ( синоптического масштаба ). Циклоны с теплым ядром, такие как тропические циклоны и субтропические циклоны , также находятся в пределах синоптической шкалы. Мезоциклоны , торнадо и пылевые вихри лежат в более мелком мезомасштабе . Циклоны верхнего уровня могут существовать без наличия поверхностного понижения и могут откалываться от основания тропического желоба верхней тропосферы в летние месяцы в Северном полушарии . Циклоны также наблюдались на внеземных планетах, таких как Марс , Юпитер и Нептун . Циклогенез – это процесс образования и интенсификации циклонов. Внетропические циклоны начинаются как волны в больших областях повышенных температурных контрастов средних широт, называемых бароклинными зонами . Эти зоны сужаются и образуют погодные фронты по мере закрытия и усиления циклонической циркуляции. Позже в своем жизненном цикле внетропические циклоны закрываются , когда холодные воздушные массы подрезают более теплый воздух и становятся холодными центральными системами. След циклона направляется в течение его жизненного цикла от 2 до 6 дней направляющим потоком субтропического струйного течения .

Погодные фронты отмечают границу между двумя массами воздуха различной температуры , влажности и плотности и связаны с наиболее яркими метеорологическими явлениями . Сильные холодные фронты обычно характеризуются узкими полосами гроз и суровой погоды , и иногда им могут предшествовать линии шквалов или сухие линии . Такие фронты формируются к западу от центра циркуляции и обычно движутся с запада на восток; к востоку от центра циклона формируются теплые фронты , которым обычно предшествуют стратиформные осадки и туман . Теплые фронты движутся к полюсу впереди пути циклона. Фронты окклюзии формируются в конце жизненного цикла циклона вблизи центра циклона и часто охватывают центр шторма.

Тропический циклогенез описывает процесс развития тропических циклонов. Тропические циклоны образуются из-за скрытого тепла, вызванного значительной грозовой активностью, и являются теплым ядром. Циклоны могут переходить из внетропической, субтропической и тропической фаз. Мезоциклоны формируются как циклоны с теплым ядром над сушей и могут привести к образованию торнадо . Водяные смерчи также могут образовываться из мезоциклонов, но чаще возникают в условиях высокой нестабильности и низкого вертикального сдвига ветра . В Атлантическом и северо-восточном Тихом океанах тропический циклон обычно называют ураганом (от имени древнего центральноамериканского божества ветра Уракана ), в Индийском и южной части Тихого океанов его называют циклоном, а в северо-западной части Тихого океана его называют тайфуном . Рост неустойчивости в вихрях не универсален. Например, размер, интенсивность влажностной конвекции, поверхностное испарение, значение потенциальной температуры на каждой потенциальной высоте могут влиять на нелинейную эволюцию вихря.

Номенклатура

Генри Пиддингтон опубликовал 40 статей о тропических штормах из Калькутты между 1836 и 1855 годами в Журнале Азиатского общества . Он также ввел термин циклон , означающий кольцо змеи. В 1842 году он опубликовал свою выдающуюся диссертацию «Законы бури» .

Структура

Сравнение внетропических и тропических циклонов по анализу поверхности

Существует ряд конструктивных характеристик, общих для всех циклонов. Циклон – это область низкого давления . Центр циклона (часто известный в зрелом тропическом циклоне как глаз ) является областью самого низкого атмосферного давления в регионе. Вблизи центра сила градиента давления (от давления в центре циклона по сравнению с давлением снаружи циклона) и сила от эффекта Кориолиса должны быть примерно уравновешены, иначе в результате циклон рухнет сам на себя. от разницы в давлении.

Из-за эффекта Кориолиса ветровой поток вокруг большого циклона движется против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии. Таким образом, в Северном полушарии самые быстрые ветры относительно поверхности Земли возникают на восточной стороне циклона, движущегося на север, и на северной стороне циклона, движущегося на запад; противоположное происходит в Южном полушарии. В отличие от систем низкого давления, ветровой поток вокруг систем высокого давления направлен по часовой стрелке ( антициклонический ) в северном полушарии и против часовой стрелки в южном полушарии.

Формирование

Начальная внетропическая область низкого давления формируется в месте, отмеченном красной точкой на изображении. Обычно оно перпендикулярно (под прямым углом) листовидному облачному образованию, наблюдаемому на спутнике на ранней стадии циклогенеза. Расположение оси струйного течения верхнего уровня выделено голубым цветом.
Тропические циклоны образуются, когда энергия, высвобождаемая при конденсации влаги в поднимающемся воздухе, вызывает петлю положительной обратной связи над теплыми водами океана.

Циклогенез – это развитие или усиление циклонической циркуляции в атмосфере. Циклогенез — это общий термин для нескольких различных процессов, каждый из которых приводит к развитию своего рода циклона. Это может происходить в различных масштабах, от микромасштаба до синоптического масштаба.

Внетропические циклоны начинаются как волны вдоль атмосферных фронтов , а затем закрываются позже в своем жизненном цикле в виде систем с холодным ядром. Однако некоторые интенсивные внетропические циклоны могут стать системами с теплым ядром, когда происходит теплое уединение .

Тропические циклоны образуются в результате значительной конвективной активности и являются теплым ядром. Мезоциклоны формируются как циклоны с теплым ядром над сушей и могут привести к образованию торнадо. Водяные смерчи также могут образовываться из мезоциклонов, но чаще возникают в условиях высокой нестабильности и низкого вертикального сдвига ветра . Циклолиз противоположен циклогенезу и является эквивалентом системы высокого давления, которая занимается образованием областей высокого давленияАнтициклогенез .

Поверхностный минимум может формироваться по-разному. Топография может создать поверхностный минимум. Мезомасштабные конвективные системы могут порождать понижения поверхности, которые изначально имеют теплое ядро. Возмущение может перерастать в волнообразное образование по фронту , а понижение располагается на гребне. Вокруг низины течение становится циклоническим. Этот вращательный поток перемещает полярный воздух к экватору на западной стороне минимума, а теплый воздух движется к полюсу на восточной стороне. С западной стороны появляется холодный фронт, а с восточной – теплый фронт. Обычно холодный фронт движется более быстрыми темпами, чем теплый фронт, и «догоняет» его из-за медленной эрозии воздушной массы более высокой плотности впереди циклона. Кроме того, воздушная масса с более высокой плотностью, сметающая позади циклона, усиливает более высокое давление и более плотную холодную воздушную массу. Холодный фронт поглощает теплый фронт и сокращает длину теплого фронта. В этот момент формируется фронт окклюзии , где теплая воздушная масса выталкивается вверх в желоб с теплым воздухом наверху, который также известен как поддон .

Тропический циклогенез — развитие и усиление тропического циклона . Механизмы, с помощью которых происходит тропический циклогенез, резко отличаются от тех, которые вызывают циклоны средних широт . Тропический циклогенез, развитие циклона с теплым ядром , начинается со значительной конвекции в благоприятных атмосферных условиях. Существует шесть основных требований к тропическому циклогенезу:

  1. достаточно теплая температура поверхности моря,
  2. нестабильность атмосферы,
  3. высокая влажность в нижних и средних слоях тропосферы
  4. достаточно силы Кориолиса, чтобы создать центр низкого давления
  5. ранее существовавший низкоуровневый фокус или нарушение
  6. низкий вертикальный сдвиг ветра .

Ежегодно во всем мире формируется в среднем 86 тропических циклонов с интенсивностью тропических штормов, из которых 47 достигают силы урагана / тайфуна, а 20 становятся интенсивными тропическими циклонами (интенсивность не ниже категории 3 по шкале ураганов Саффира-Симпсона ).

Синоптическая шкала

Вымышленная синоптическая карта внетропического циклона, поразившего Великобританию и Ирландию. Синие стрелки между изобарами указывают направление ветра, а символ «L» обозначает центр «минимума». Обратите внимание на закрытые, холодные и теплые лобные границы .

На синоптических картах выделяются следующие типы циклонов.

Поверхностные типы

Существует три основных типа наземных циклонов: внетропические циклоны , субтропические циклоны и тропические циклоны .

Внетропический циклон

Внетропический циклон - это погодная система низкого давления синоптического масштаба , не имеющая тропических характеристик, поскольку она связана с фронтами и горизонтальными градиентами (а не вертикальными) температуры и точки росы, также известными как «бароклинные зоны».

« Внетропический » применяется к циклонам вне тропиков, в средних широтах. Эти системы также могут быть описаны как «среднеширотные циклоны» из-за области их образования или «посттропические циклоны», когда тропический циклон переместился ( внетропический переход ) за пределы тропиков. Синоптики и широкая общественность часто называют их «депрессиями» или «минимумами». Это повседневные явления, которые вместе с антициклонами определяют погоду на большей части Земли.

Хотя внетропические циклоны почти всегда классифицируются как бароклинные , поскольку они формируются вдоль зон с температурой и градиентом точки росы в пределах западных ветров , иногда они могут становиться баротропными в конце своего жизненного цикла, когда распределение температуры вокруг циклона становится довольно однородным по радиусу. Внетропический циклон может трансформироваться в субтропический шторм, а оттуда в тропический циклон, если он обитает над теплыми водами, достаточными для прогрева его ядра, и в результате развивается центральная конвекция. Особенно интенсивный тип внетропического циклона, который обрушивается зимой, в просторечии известен как нор'эстер .

Полярный минимум
Полярная депрессия над Японским морем в декабре 2009 г.

Полярная депрессия — это мелкомасштабная, недолговечная атмосферная система низкого давления (депрессия), которая находится над районами океана к полюсу от главного полярного фронта как в Северном, так и в Южном полушариях. Полярные депрессии впервые были обнаружены на метеорологических спутниковых снимках, которые стали доступны в 1960-х годах, на которых было обнаружено множество мелкомасштабных облачных вихрей в высоких широтах. Наиболее активные полярные депрессии наблюдаются зимой над некоторыми свободными ото льда морскими районами в Арктике или вблизи нее, такими как Норвежское море, Баренцево море, Лабрадорское море и залив Аляска. Полярные низины быстро рассеиваются, когда достигают берега. Антарктические системы, как правило, слабее, чем их северные аналоги, поскольку разница температур воздуха и моря вокруг континента обычно меньше. Однако над Южным океаном можно обнаружить сильные полярные депрессии. Зимой, когда минимумы холодного ядра с температурой на средних уровнях тропосферы достигают -45 ° C (-49 ° F) перемещаются над открытыми водами, формируется глубокая конвекция, которая делает возможным развитие полярных депрессий . Системы обычно имеют горизонтальную шкалу длины менее 1000 километров (620 миль) и существуют не более пары дней. Они являются частью более крупного класса мезомасштабных погодных систем. Полярные депрессии бывает трудно обнаружить с помощью обычных сводок погоды, и они представляют опасность для операций в высоких широтах, таких как судоходство, газовые и нефтяные платформы. Полярные депрессии обозначаются многими другими терминами, такими как полярный мезомасштабный вихрь, арктический ураган, арктическая депрессия и депрессия холодного воздуха. Сегодня этот термин обычно используется для более энергичных систем с приповерхностным ветром не менее 17 м/с.

Субтропический

Субтропический шторм Алекс в северной части Атлантического океана в январе 2016 г.

Субтропический циклон — это погодная система, имеющая некоторые характеристики тропического циклона и некоторые характеристики внетропического циклона . Они могут образоваться между экватором и 50-й параллелью. Еще в 1950-х годах метеорологи не знали, следует ли их характеризовать как тропические циклоны или внетропические циклоны, и использовали такие термины, как квазитропические и полутропические, для описания гибридов циклонов. К 1972 году Национальный центр ураганов официально признал эту категорию циклонов. Субтропические циклоны начали получать имена из официального списка тропических циклонов в Атлантическом бассейне в 2002 году. Они имеют широкие ветры с максимальными устойчивыми ветрами, расположенными дальше от центра, чем типичные тропические циклоны, и существуют в областях со слабым или умеренным температурным градиентом.

Поскольку они образуются из внетропических циклонов, температура которых наверху ниже, чем обычно в тропиках, для их формирования требуется температура поверхности моря около 23 градусов по Цельсию (73 ° F), что на три градуса по Цельсию (5 ° F) ниже, чем в тропиках. для тропических циклонов. Это означает, что субтропические циклоны с большей вероятностью формируются вне традиционных границ сезона ураганов. Хотя субтропические штормы редко имеют ветры ураганной силы, они могут приобретать тропический характер по мере того, как их ядра нагреваются.

Тропический

Тропический циклон — это штормовая система, характеризующаяся центром низкого давления и многочисленными грозами , вызывающими сильные ветры и проливные дожди. Тропический циклон питается теплом, выделяющимся при подъеме влажного воздуха, в результате чего происходит конденсация водяного пара , содержащегося во влажном воздухе. Они подпитываются другим тепловым механизмом, чем другие циклонические ураганы, такие как северо- восточные , европейские ураганы и полярные депрессии , что привело к их классификации как штормовых систем с «теплым ядром».

Термин «тропический» относится как к географическому происхождению этих систем, которые формируются почти исключительно в тропических регионах земного шара, так и к их зависимости от морских тропических воздушных масс для их формирования. Термин «циклон» относится к циклонической природе штормов с вращением против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии . В зависимости от их местоположения и силы тропические циклоны называются другими именами, такими как ураган , тайфун , тропический шторм , циклонический шторм , тропическая депрессия или просто циклон.

Хотя тропические циклоны могут вызывать чрезвычайно сильные ветры и проливные дожди, они также могут вызывать высокие волны и разрушительные штормовые нагоны . Их ветры увеличивают размер волны, и при этом они втягивают в свою систему больше тепла и влаги, тем самым увеличивая свою силу. Они развиваются над большими водоемами с теплой водой и, следовательно, теряют свою силу, если передвигаются по суше. По этой причине прибрежные районы могут получить значительный ущерб от тропического циклона, в то время как внутренние районы относительно безопасны от сильных ветров. Однако проливные дожди могут вызвать значительные наводнения внутри страны. Штормовые нагоны — это подъемы уровня моря, вызванные пониженным давлением ядра, которое фактически «всасывает» воду вверх, и ветрами, которые фактически «нагромождают» воду. Штормовые нагоны могут вызвать обширные прибрежные затопления на расстоянии до 40 километров (25 миль) от береговой линии. Хотя их воздействие на человеческое население может быть разрушительным, тропические циклоны также могут облегчить условия засухи . Они также переносят тепло и энергию из тропиков в умеренные широты , что делает их важной частью механизма глобальной атмосферной циркуляции . В результате тропические циклоны помогают поддерживать равновесие в тропосфере Земли .

Многие тропические циклоны развиваются , когда атмосферные условия вокруг слабого возмущения атмосферы благоприятны. Другие формируются, когда другие типы циклонов приобретают тропические характеристики. Затем тропические системы перемещаются под действием направляющих ветров в тропосфере ; если условия остаются благоприятными, тропическое возмущение усиливается и может даже развиться глаз . С другой стороны, если условия вокруг системы ухудшаются или тропический циклон обрушивается на сушу, система ослабевает и в конечном итоге рассеивается. Тропический циклон может стать внетропическим по мере продвижения к более высоким широтам, если его источник энергии изменится с тепла, выделяемого при конденсации, на разницу температур между воздушными массами. Тропический циклон обычно не считается субтропическим при переходе во внетропический.

Типы верхнего уровня

Полярный циклон

Полярный , субполярный или арктический циклон (также известный как полярный вихрь ) представляет собой обширную область низкого давления , которое усиливается зимой и ослабевает летом. Полярный циклон — это погодная система низкого давления , обычно простирающаяся от 1000 километров (620 миль) до 2000 километров (1200 миль), в которой воздух циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии. Ускорение Кориолиса, действующее на воздушные массы, движущиеся к полюсу на большой высоте, вызывает циркуляцию против часовой стрелки на большой высоте. Движение воздуха к полюсу происходит из-за циркуляции воздуха в полярной ячейке . Полярная депрессия не вызвана конвекцией, как тропические циклоны, и не взаимодействием холодных и теплых воздушных масс, как внетропические циклоны, а является артефактом глобального движения воздуха в полярной ячейке. Основание полярного минимума находится в средней и верхней тропосфере. В Северном полушарии полярный циклон имеет в среднем два центра. Один центр находится недалеко от Баффиновой Земли, а другой — над северо-восточной Сибирью. В южном полушарии он, как правило, располагается у края шельфового ледника Росса около 160° западной долготы. Когда полярный вихрь сильный, его действие ощущается на поверхности как западный ветер (на восток). Когда полярный циклон слаб, случаются значительные похолодания.

ячейка ТУТТ

При определенных обстоятельствах холодные минимумы верхнего уровня могут отрываться от основания тропического желоба верхней тропосферы (ВТТТ), который в летние месяцы находится посреди океана в Северном полушарии. Эти верхние тропосферные циклонические вихри, также известные как ячейки TUTT или минимумы TUTT, обычно медленно движутся с востока-северо-востока на запад-юго-запад, и их основания обычно не простираются ниже 20 000 футов (6 100 м) над уровнем моря. Под ними обычно находится слабая перевернутая впадина на поверхности пассата , и они также могут быть связаны с обширными областями облаков высокого уровня. Нисходящее развитие приводит к увеличению количества кучевых облаков и появлению поверхностного вихря. В редких случаях они становятся тропическими циклонами с теплым ядром . Верхние циклоны и верхние желоба, которые следуют за тропическими циклонами, могут создавать дополнительные каналы оттока и способствовать их усилению. Развивающиеся тропические возмущения могут помочь создать или углубить верхние впадины или верхние впадины в их следе из-за струи оттока, исходящей от развивающегося тропического возмущения / циклона.

Мезомасштаб

Следующие типы циклонов не идентифицируются на синоптических картах.

мезоциклон

Мезоциклон представляет собой воздушный вихрь диаметром от 2,0 км (1,2 мили) до 10 км (6,2 мили) ( мезомасштаб метеорологии ) в конвективном шторме . Воздух поднимается вверх и вращается вокруг вертикальной оси, обычно в том же направлении, что и системы низкого давления как в северном, так и в южном полушарии. Чаще всего они циклонические, то есть связаны с локализованной областью низкого давления внутри суперячейки . Такие штормы могут сопровождаться сильным приземным ветром и сильным градом . Мезоциклоны часто возникают вместе с восходящими потоками в суперячейках , где могут образовываться торнадо . Ежегодно в Соединенных Штатах образуется около 1700 мезоциклонов, но только половина из них вызывает торнадо.

Торнадо

Торнадо — это сильно вращающийся столб воздуха, соприкасающийся как с поверхностью земли, так и с кучево-дождевым облаком или, в редких случаях, с основанием кучевого облака. Также упоминается как смерчи, разговорный термин в Америке, или циклоны, хотя слово циклон используется в метеорологии в более широком смысле для обозначения любой замкнутой циркуляции низкого давления.

Пыльный дьявол

Пылевой дьявол — это сильный, хорошо сформированный и относительно долгоживущий вихрь, размером от маленького (полметра в ширину и несколько метров в высоту) до большого (более 10 метров в ширину и более 1000 метров в высоту). Основное вертикальное движение вверх. Пылевые вихри обычно безвредны, но в редких случаях могут достигать достаточно больших размеров, чтобы представлять угрозу как для людей, так и для имущества.

Водяной смерч

Водяной смерч — это столбчатый вихрь, формирующийся над водой, который в своей наиболее распространенной форме представляет собой несуперячеечный торнадо над водой, связанный с кучевым облаком . Хотя он часто слабее, чем большинство его наземных аналогов, встречаются более сильные версии, порожденные мезоциклонами .

Паровой дьявол

Мягкий вихрь над спокойной водой или влажной землей, видимый из-за поднимающегося водяного пара.

Огненный вихрь

Огненный вихрь, также известный как огненный дьявол, огненный торнадо, огненный смерч или огненный смерч, представляет собой вихрь, вызванный огнем и часто состоящий из пламени или пепла.

Другие планеты

Циклон на Марсе, снимок космического телескопа Хаббл

Циклоны не уникальны для Земли. Циклонические бури обычны на юпитерианских планетах , таких как Малое темное пятно на Нептуне . Оно составляет примерно одну треть диаметра Большого темного пятна и получило прозвище «Глаз волшебника», потому что выглядит как глаз. Это появление вызвано белым облаком в центре Глаза Волшебника. На Марсе также были циклонические бури. Юпитерианские штормы, такие как Большое Красное Пятно , обычно ошибочно называют гигантскими ураганами или циклоническими штормами. Однако это неверно, так как Большое Красное Пятно на самом деле является обратным явлением, антициклоном .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки