Cyklon -Cyclone

En extratropisk cyklon nära Island den 4 september 2003

Inom meteorologi är en cyklon ( / ˈ s . k l n / ) en stor luftmassa som roterar runt ett starkt centrum med lågt atmosfärstryck , moturs på norra halvklotet och medurs på södra halvklotet sett från ovan (motsatta). till en anticyklon ). Cykloner kännetecknas av inåtgående vindar som roterar runt en zon med lågt tryck . De största lågtryckssystemen är polära virvlar och extratropiska cykloner av den största skalan (den synoptiska skalan ). Varmkärna cykloner såsom tropiska cykloner och subtropiska cykloner ligger också inom den synoptiska skalan. Mesocykloner , tornados och dammdjävlar ligger inom mindre mesoskala . Övre nivå cykloner kan existera utan närvaron av en yta låg och kan nypa av från basen av det tropiska övre troposfäriska tråget under sommarmånaderna på det norra halvklotet . Cykloner har också setts på utomjordiska planeter, som Mars , Jupiter och Neptunus . Cyklogenes är processen för cyklonbildning och intensifiering. Extratropiska cykloner börjar som vågor i stora områden med förbättrade temperaturkontraster på mitten av latitud som kallas baroclinic zoner . Dessa zoner drar ihop sig och bildar väderfronter när den cykloniska cirkulationen sluter och intensifieras. Senare i sin livscykel blockerar extratropiska cykloner eftersom kalla luftmassor underskrider den varmare luften och blir kalla kärnsystem. En cyklons spår styrs under loppet av dess 2 till 6 dagars livscykel av det styrande flödet av den subtropiska jetströmmen .

Väderfronter markerar gränsen mellan två luftmassor med olika temperatur , luftfuktighet och täthet och är förknippade med de mest framträdande meteorologiska fenomenen . Starka kallfronter har typiskt smala band av åskväder och hårt väder , och kan ibland föregås av regniga linjer eller torra linjer . Sådana fronter bildas väster om cirkulationscentret och rör sig i allmänhet från väst till öst; varma fronter bildas öster om cyklonens centrum och föregås vanligtvis av stratiform nederbörd och dimma . Varma fronter rör sig mot polen framför cyklonvägen. Tilltäppta fronter bildas sent i cyklonens livscykel nära mitten av cyklonen och sveper ofta runt stormcentret.

Tropisk cyklogenes beskriver processen för utveckling av tropiska cykloner. Tropiska cykloner bildas på grund av latent värme som drivs av betydande åskvädersaktivitet och är varm kärna. Cykloner kan övergå mellan extratropiska, subtropiska och tropiska faser. Mesocykloner bildas som varma kärncykloner över land och kan leda till tornadobildning . Vattenpipar kan också bildas från mesocykloner, men utvecklas oftare från miljöer med hög instabilitet och låg vertikal vindskjuvning . I Atlanten och nordöstra Stilla havet kallas en tropisk cyklon i allmänhet som en orkan (från namnet på den antika centralamerikanska vindens gudom Huracan ), i Indiska och södra Stilla havet kallas den en cyklon, och i nordvästra Stilla havet kallas det en tyfon . Tillväxten av instabilitet i virvlarna är inte universell. Till exempel kan storleken, intensiteten, fuktkonvektion, ytavdunstning, värdet av potentiell temperatur vid varje potentiell höjd påverka den olinjära utvecklingen av en virvel.

Nomenklatur

Henry Piddington publicerade 40 artiklar som handlade om tropiska stormar från Calcutta mellan 1836 och 1855 i The Journal of the Asiatic Society . Han myntade också termen cyklon , vilket betyder en orms spole. År 1842 publicerade han sin landmärke avhandling, Laws of the Storms .

Strukturera

Jämförelse mellan extratropiska och tropiska cykloner på ytanalys

Det finns ett antal strukturella egenskaper som är gemensamma för alla cykloner. En cyklon är ett lågtrycksområde . En cyklons centrum (ofta känt i en mogen tropisk cyklon som ögat ), är området med lägst atmosfärstryck i regionen. Nära mitten måste tryckgradientkraften (från trycket i mitten av cyklonen jämfört med trycket utanför cyklonen) och kraften från Corioliseffekten vara i en ungefärlig balans, annars skulle cyklonen kollapsa på sig själv som ett resultat av skillnaden i tryck.

På grund av Coriolis-effekten är vindflödet runt en stor cyklon moturs på norra halvklotet och medurs på södra halvklotet. På norra halvklotet uppstår därför de snabbaste vindarna i förhållande till jordens yta på den östra sidan av en norrgående cyklon och på den norra sidan av en västerutgående; motsatsen inträffar på södra halvklotet. I motsats till lågtryckssystem är vindflödet runt högtryckssystem medurs ( anticykloniskt ) på norra halvklotet och moturs på södra halvklotet.

Bildning

Det initiala extratropiska lågtrycksområdet bildas vid platsen för den röda pricken på bilden. Den är vanligtvis vinkelrät (i rät vinkel mot) den lövliknande molnformation som ses på satellit under det tidiga skedet av cyklogenesen. Placeringen av axeln för den övre nivån av jetströmmen är i ljusblått.
Tropiska cykloner bildas när energin som frigörs av kondensering av fukt i stigande luft orsakar en positiv återkoppling över varma havsvatten.

Cyklogenes är utvecklingen eller förstärkningen av cykloncirkulationen i atmosfären. Cyklogenes är en samlingsbeteckning för flera olika processer som alla resulterar i utvecklingen av någon sorts cyklon. Det kan förekomma i olika skalor, från mikroskalan till synoptisk skala.

Extratropiska cykloner börjar som vågor längs väderfronter innan de täpps till senare i deras livscykel som system med kall kärna. Vissa intensiva extratropiska cykloner kan dock bli varmkärnsystem när en varm avskildhet inträffar.

Tropiska cykloner bildas som ett resultat av betydande konvektiv aktivitet och är varm kärna. Mesocykloner bildas som varma kärncykloner över land och kan leda till tornadobildning. Vattenpipar kan också bildas från mesocykloner, men utvecklas oftare från miljöer med hög instabilitet och låg vertikal vindskjuvning . Cyklolys är motsatsen till cyklogenes, och är motsvarigheten till högtryckssystemet, som handlar om bildandet av högtrycksområdenAnticyklogenes .

En yta låg kan bildas på en mängd olika sätt. Topografi kan skapa en yta låg. Mesoskaliga konvektiva system kan skapa låga ytor som initialt är varmkärna. Störningen kan växa till en vågliknande formation längs fronten och den låga är placerad vid krönet. Runt botten blir flödet cykloniskt. Detta rotationsflöde flyttar polär luft mot ekvatorn på den västra sidan av den låga, medan varm luft rör sig mot polen på den östra sidan. En kallfront uppträder på västra sidan, medan en varmfront bildas på östra sidan. Vanligtvis rör sig kallfronten i en snabbare takt än varmfronten och "kommer ikapp" den på grund av den långsamma erosionen av luftmassa med högre densitet framför cyklonen. Dessutom stärker luftmassan med högre densitet som sveper in bakom cyklonen det högre trycket, tätare kallluftmassan. Kallfronten över tar varmfronten och minskar längden på varmfronten. Vid denna tidpunkt bildas en tilltäppt front där den varma luftmassan skjuts uppåt i ett tråg av varm luft uppåt, vilket också är känt som en trowal .

Tropisk cyklogenes är utvecklingen och förstärkningen av en tropisk cyklon . Mekanismerna genom vilka tropisk cyklogenes uppstår skiljer sig tydligt från de som producerar cykloner på medellatitud. Tropisk cyklogenes, utvecklingen av en cyklon med varm kärna , börjar med betydande konvektion i en gynnsam atmosfärisk miljö. Det finns sex huvudkrav för tropisk cyklogenes:

  1. tillräckligt varma havstemperaturer,
  2. atmosfärisk instabilitet,
  3. hög luftfuktighet i de nedre till mellersta nivåerna av troposfären
  4. tillräckligt med Coriolis-kraft för att utveckla ett lågtryckscenter
  5. en redan existerande lågnivåfokus eller störning
  6. låg vertikal vindskjuvning .

Ett genomsnitt av 86 tropiska cykloner med tropisk stormintensitet bildas årligen över hela världen, varav 47 når orkan/tyfonstyrka och 20 blir intensiva tropiska cykloner (minst intensitet i kategori 3 på Saffir-Simpson orkanskala ).

Synoptisk skala

Ett fiktivt synoptiskt diagram över en extratropisk cyklon som påverkar Storbritannien och Irland. De blå pilarna mellan isobarer indikerar vindens riktning, medan "L"-symbolen anger mitten av "låg". Notera de ockluderade, kalla och varma frontalgränserna .

Följande typer av cykloner kan identifieras i synoptiska diagram.

Ytbaserade typer

Det finns tre huvudtyper av ytbaserade cykloner: extratropiska cykloner , subtropiska cykloner och tropiska cykloner

Extratropisk cyklon

En extratropisk cyklon är ett lågtrycksvädersystem i synoptisk skala som inte har tropiska egenskaper, eftersom det är kopplat till fronter och horisontella gradienter (snarare än vertikala) i temperatur och daggpunkt , annars känd som "barokliniska zoner".

" Extratropisk " tillämpas på cykloner utanför tropikerna, på de mellersta breddgraderna. Dessa system kan också beskrivas som "cykloner på mitten av latituderna" på grund av deras bildningsområde, eller "posttropiska cykloner" när en tropisk cyklon har rört sig ( extratropisk övergång ) bortom tropikerna. De beskrivs ofta som "depressioner" eller "lower" av väderprognosmakare och allmänheten. Det här är de vardagliga fenomen som, tillsammans med anticykloner , driver väder över stora delar av jorden.

Även om extratropiska cykloner nästan alltid klassificeras som barokliniska eftersom de bildar längs zoner av temperatur och daggpunktsgradient inom westerliesna , kan de ibland bli barotropiska sent i sin livscykel när temperaturfördelningen runt cyklonen blir ganska likformig med radien. En extratropisk cyklon kan förvandlas till en subtropisk storm, och därifrån till en tropisk cyklon, om den bor över varma vatten tillräckligt för att värma dess kärna och som ett resultat utvecklar central konvektion. En särskilt intensiv typ av extratropisk cyklon som slår till under vintern kallas i vardagsspråk en nor'easter .

Polar låg
En polarbotten över Japanska havet i december 2009

En polär låg är ett småskaligt, kortlivat atmosfäriskt lågtryckssystem (depression) som finns över havsområdena mot polarfronten på både norra och södra halvklotet. Polära lågnivåer identifierades först på de meteorologiska satellitbilder som blev tillgängliga på 1960-talet, som avslöjade många småskaliga molnvirvlar på höga breddgrader. De mest aktiva polära lågområdena finns över vissa isfria maritima områden i eller nära Arktis under vintern, såsom Norska havet, Barents hav, Labradorhavet och Alaskabukten. Polära lågnivåer försvinner snabbt när de landar. Antarktiska system tenderar att vara svagare än sina nordliga motsvarigheter eftersom temperaturskillnaderna mellan luft och hav runt kontinenten i allmänhet är mindre. Kraftiga polära lågnivåer kan dock hittas över södra oceanen. Under vintern, när låga låga kärnor med temperaturer i mitten av troposfären når −45 °C (−49 °F) rör sig över öppet vatten, bildas djup konvektion, vilket gör att polär lågutveckling blir möjlig. Systemen har vanligtvis en horisontell längdskala på mindre än 1 000 kilometer (620 mi) och existerar inte mer än ett par dagar. De är en del av den större klassen av mesoskala vädersystem. Polära lågnivåer kan vara svåra att upptäcka med konventionella väderrapporter och är en fara för operationer på hög latitud, såsom sjöfart och gas- och oljeplattformar. Polära lågnivåer har hänvisats till med många andra termer, såsom polär mesoskala virvel, arktisk orkan, arktisk låg och kall luftdepression. Idag är termen vanligtvis reserverad för de mer kraftfulla systemen som har ytnära vindar på minst 17 m/s.

Subtropisk

Subtropisk storm Alex i norra Atlanten i januari 2016

En subtropisk cyklon är ett vädersystem som har vissa egenskaper hos en tropisk cyklon och vissa egenskaper hos en extratropisk cyklon . De kan bildas mellan ekvatorn och 50:e breddgraden. Redan på 1950-talet var meteorologerna oklart om de skulle karakteriseras som tropiska cykloner eller extratropiska cykloner och använde termer som kvasitropiska och semitropiska för att beskriva cyklonhybriderna. År 1972 erkände National Hurricane Center officiellt denna cyklonkategori. Subtropiska cykloner började ta emot namn från den officiella tropiska cyklonlistan i Atlantbassängen 2002. De har breda vindmönster med maximala ihållande vindar som ligger längre från centrum än typiska tropiska cykloner, och finns i områden med svag till måttlig temperaturgradient.

Eftersom de bildas från extratropiska cykloner, som har kallare temperaturer högre än normalt i tropikerna, är havsytans temperaturer som krävs runt 23 grader Celsius (73 °F) för att bilda dem, vilket är tre grader Celsius (5 °F) lägre än för tropiska cykloner. Detta innebär att subtropiska cykloner är mer benägna att bildas utanför orkansäsongens traditionella gränser. Även om subtropiska stormar sällan har orkankraftiga vindar, kan de bli tropiska till sin natur när deras kärnor värms upp.

Tropisk

Sammanfattningskarta över Atlanten orkansäsong 2017

En tropisk cyklon är ett stormsystem som kännetecknas av ett lågtryckscentrum och många åskväder som ger starka vindar och översvämningsregn. En tropisk cyklon livnär sig på värme som frigörs när fuktig luft stiger, vilket resulterar i kondensering av vattenånga som finns i den fuktiga luften. De drivs av en annan värmemekanism än andra cykloniska vindstormar som nor'easters , europeiska vindstormar och polära lågor , vilket leder till att de klassificeras som "varma kärnor" stormsystem.

Orkanen Catarina , en sällsynt sydatlantisk tropisk cyklon sett från den internationella rymdstationen den 26 mars 2004

Termen "tropisk" hänvisar till både det geografiska ursprunget för dessa system, som nästan uteslutande bildas i tropiska områden på jorden, och deras beroende av maritima tropiska luftmassor för deras bildande. Termen "cyklon" syftar på stormarnas cykloniska natur, med moturs rotation på norra halvklotet och medurs rotation på södra halvklotet . Beroende på deras läge och styrka, ses tropiska cykloner till av andra namn, såsom orkan , tyfon , tropisk storm , cyklonstorm , tropisk depression eller helt enkelt som en cyklon.

Medan tropiska cykloner kan producera extremt kraftiga vindar och skyfall, kan de också producera höga vågor och en skadlig stormflod . Deras vindar ökar vågstorleken, och på så sätt drar de in mer värme och fukt i sitt system och ökar därmed sin styrka. De utvecklas över stora kroppar av varmt vatten, och tappar därför sin styrka om de rör sig över land. Detta är anledningen till att kustregioner kan få betydande skador från en tropisk cyklon, medan inlandsregioner är relativt säkra från starka vindar. Kraftiga regn kan dock orsaka betydande översvämningar inåt landet. Stormvågor är höjningar av havsnivån orsakade av det minskade trycket i kärnan som i själva verket "suger" vattnet uppåt och från vindar som i själva verket "staplar" vattnet upp. Stormfloder kan orsaka omfattande kustöversvämningar upp till 40 kilometer (25 mi) från kusten. Även om deras effekter på mänskliga populationer kan vara förödande, kan tropiska cykloner också lindra torka . De transporterar också värme och energi bort från tropikerna och transporterar den mot tempererade breddgrader , vilket gör dem till en viktig del av den globala atmosfäriska cirkulationsmekanismen . Som ett resultat hjälper tropiska cykloner till att upprätthålla jämvikten i jordens troposfär .

Många tropiska cykloner utvecklas när de atmosfäriska förhållandena kring en svag störning i atmosfären är gynnsamma. Andra bildas när andra typer av cykloner får tropiska egenskaper. Tropiska system förflyttas sedan av styrvindar i troposfären ; om förhållandena förblir gynnsamma, intensifieras den tropiska störningen och kan till och med utveckla ett öga . I andra änden av spektrumet, om förhållandena runt systemet försämras eller den tropiska cyklonen landar, försvagas systemet och så småningom försvinner. En tropisk cyklon kan bli extratropisk när den rör sig mot högre breddgrader om dess energikälla ändras från värme som frigörs genom kondens till skillnader i temperatur mellan luftmassor. En tropisk cyklon anses vanligtvis inte bli subtropisk under sin extratropiska övergång.

Typer på övre nivå

Polar cyklon

En polär , subpolär eller arktisk cyklon (även känd som en polar virvel ) är ett stort område med lågtryck som förstärks på vintern och försvagas på sommaren. En polär cyklon är ett lågtrycksvädersystem som vanligtvis spänner över 1 000 kilometer (620 mi) till 2 000 kilometer (1 200 mi), där luften cirkulerar moturs på norra halvklotet och medurs på södra halvklotet. Coriolisaccelerationen som verkar på luftmassorna som rör sig mot polen på hög höjd, orsakar en moturs cirkulation på hög höjd. Luftens polrörelse härrör från luftcirkulationen i Polarcellen . Det polära låget drivs inte av konvektion som tropiska cykloner, inte heller interaktionerna mellan kall och varm luftmassa som extratropiska cykloner, utan är en artefakt av polarcellens globala luftrörelse. Basen av det polära låget är i mitten till övre troposfären. På norra halvklotet har polarcyklonen i genomsnitt två centra. Det ena centrumet ligger nära Baffin Island och det andra över nordöstra Sibirien. På södra halvklotet tenderar den att vara belägen nära kanten av Ross ishylla nära 160 västlig longitud. När polarvirveln är stark kan dess effekt märkas vid ytan som en västlig vind (mot öster). När polarcyklonen är svag inträffar betydande köldutbrott.

TUTT-cell

Under särskilda omständigheter kan kyla på övre nivåer bryta av från basen av det tropiska övre troposfäriska tråget (TUTT), som ligger mitt i havet på norra halvklotet under sommarmånaderna. Dessa övre troposfäriska cyklonvirvlar, även kända som TUTT-celler eller TUTT-låg, rör sig vanligtvis långsamt från öst-nordost till väst-sydväst, och deras baser sträcker sig i allmänhet inte under 20 000 fot (6 100 m) i höjd. Ett svagt omvänt yttråg inom passadvinden finns vanligtvis under dem, och de kan också vara associerade med breda områden av högnivåmoln. Nedåtgående utveckling resulterar i en ökning av cumulusmoln och uppkomsten av en ytvirvel. I sällsynta fall blir de tropiska cykloner med varm kärna . Övre cykloner och de övre trågen som följer tropiska cykloner kan orsaka ytterligare utflödeskanaler och hjälpa till att intensifiera dem. Att utveckla tropiska störningar kan bidra till att skapa eller fördjupa övre dalar eller övre dalar i deras kölvatten på grund av utflödesstrålen som härrör från den utvecklande tropiska störningen/cyklonen.

Mesoscale

Följande typer av cykloner kan inte identifieras i synoptiska diagram.

Mesocyklon

En mesocyklon är en virvel av luft, 2,0 kilometer (1,2 mi) till 10 kilometer (6,2 mi) i diameter ( mesoskalan av meteorologi ), inom en konvektiv storm . Luft stiger och roterar runt en vertikal axel, vanligtvis i samma riktning som lågtryckssystem på både norra och södra halvklotet. De är oftast cykloniska, det vill säga associerade med en lokaliserad lågtrycksregion inom en supercell . Sådana stormar kan ha starka ytvindar och kraftiga hagel . Mesocykloner uppstår ofta tillsammans med uppströmningar i superceller , där tornados kan bildas. Omkring 1 700 mesocykloner bildas årligen över hela USA, men bara hälften producerar tornados.

Tornado

En tornado är en våldsamt roterande luftpelare som är i kontakt med både jordytan och ett cumulonimbusmoln eller, i sällsynta fall, basen av ett cumulusmoln. Kallas även twisters, en vardaglig term i Amerika, eller cykloner, även om ordet cyklon används i meteorologi, i en vidare mening, för att nämna någon sluten lågtryckscirkulation.

Damm djävulen

En dammdjävul är en stark, välformad och relativt långlivad virvelvind som sträcker sig från liten (en halv meter bred och några meter hög) till stor (mer än 10 meter bred och mer än 1000 meter hög). Den primära vertikala rörelsen är uppåt. Dammdjävlar är vanligtvis ofarliga, men kan vid sällsynta tillfällen växa sig stora nog att utgöra ett hot mot både människor och egendom.

Vattenpipa

En vattenpipa är en kolumnformad virvel som bildas över vatten som i sin vanligaste form är en icke- supercellstornado över vatten som är ansluten till ett kumuliformigt moln . Även om det ofta är svagare än de flesta av dess landmotsvarigheter, förekommer starkare versioner som skapats av mesocykloner .

Steam djävulen

En mild virvel över lugnt vatten eller vått land synliggjort av stigande vattenånga.

Eldvirvel

En eldvirvel – även känd som en elddjävul, eldtornado, firenado eller eldvrider – är en virvelvind som induceras av en eld och består ofta av låga eller aska.

Andra planeter

Cyklon på Mars, avbildad av rymdteleskopet Hubble

Cykloner är inte unika för jorden. Cykloniska stormar är vanliga på jovianska planeter , som den lilla mörka fläckenNeptunus . Den är ungefär en tredjedel av diametern på den stora mörka fläcken och fick smeknamnet "Trollkarlens öga" eftersom den ser ut som ett öga. Detta utseende orsakas av ett vitt moln i mitten av Wizard's Eye. Mars har också uppvisat cyklonstormar. Jovianska stormar som den stora röda fläcken kallas vanligtvis av misstag som gigantiska orkaner eller cyklonstormar. Detta är dock felaktigt, eftersom den stora röda fläcken i själva verket är det omvända fenomenet, en anticyklon .

Se även

Referenser

externa länkar