Войти
Этот коллаж из спутниковых изображений GOES 13 показывает развитие нор'эстера в течение нескольких дней. Циклогенез - это развитие или усиление атмосферу (зона низкого давления ). Циклогенез - это общий термин для по крайней мере трех различных процессов, каждый из которых приводит к развитию своего рода циклона и любого размера от микромасштаба до синоптического масштаб.
Процесс, в котором внетропический циклон претерпевает быстрое падение атмосферного давления (24 миллибара). или более) в течение 24 часов называется взрывным циклогенезом и обычно присутствует во время формирования нор'эстера. Антициклонический эквивалент, процесс образования областей высокого давления, это антициклогенез. Противоположность циклогенезу.
В метеорологии рассматриваются четыре основных масштаба или размеров систем: макромасштаб, синоптический масштаб, мезомасштаб и микромасштаб. Макромасштаб имеет дело с системами с глобальным размером, такими как колебание Мэддена – Джулиана. Системы синоптического масштаба покрывают часть континента, такую как внетропические циклоны, с размерами 1000–2 500 км (620–1 550 миль) в поперечнике. Мезомасштаб - это следующий меньший масштаб, который часто делится на два диапазона: мезо-альфа-явления варьируются от 200–2000 км (120–1240 миль) в поперечнике (область тропического циклона ), тогда как мезо -бета-явления варьируются в диапазоне 20–200 км (12–124 миль) в поперечнике (масштаб мезоциклона ). Микромасштаб - это самый маленький из метеорологических масштабов, его размер составляет менее двух километров (1,2 мили) (масштаб смерчей и водяных смерчей ). Эти горизонтальные размеры не являются жесткими разделениями, а вместо этого отражают типичные размеры явлений, имеющих определенные динамические характеристики. Например, система не обязательно переходит от мезо-альфа к синоптическому масштабу, когда ее горизонтальная протяженность увеличивается с 2 000 до 2 001 км (от 1243 до 1243 миль).
Начальная фронтальная волна (или область низкого давления) формируется в месте, где изображена красная точка. Обычно оно перпендикулярно (под прямым углом) к образованию облаков в виде листьев (бароклинный лист), наблюдаемых на спутнике на ранней стадии циклогенеза. Расположение оси верхнего уровня струи выделено голубым цветом. 
Полоса струи верхнего уровня. Области DIV - это районы расхождения наверху, которые приведут к конвергенции поверхностей и будут способствовать циклогенезу. Норвежская модель циклона - это идеализированная модель формирования циклонических штормов с холодным ядром, разработанная норвежскими метеорологами в период Первая мировая война. Основная концепция этой модели, относящаяся к циклогенезу, заключается в том, что циклоны проходят предсказуемую эволюцию по мере продвижения вверх по фронтальной границе, при этом наиболее зрелый циклон находится у северо-восточного конца фронта, а наименее зрелый - у хвостового конца фронта..
Существующая ранее фронтальная граница, как определено в анализе погоды на поверхности, требуется для развития циклона на средних широтах. Циклонический поток начинается вокруг возмущенного участка стационарного фронта из-за возмущения верхнего уровня, такого как короткая волна или впадина верхнего уровня, около благоприятного квадранта струи верхнего уровня. Однако повышенная скорость растяжения вдоль фронта в нижней тропосфере может подавить рост внетропических циклонов.
Циклогенез может происходить только при понижении температуры к полюсу (к северу, в северное полушарие), а линии возмущений давления наклонены на запад с высотой. Циклогенез наиболее вероятен в регионах с циклонической завихренностью адвекцией, ниже по течению сильной западной струи. Комбинация адвекции завихренности и тепловой адвекции, создаваемой градиентом температуры и центром низкого давления, вызывает движение вверх вокруг минимума. Если температурный градиент достаточно сильный, адвекция температуры будет увеличиваться, вызывая более вертикальное движение. Это увеличивает общую прочность системы. Сдвиговые восходящие потоки являются наиболее важным фактором в определении циклонического роста и силы.
Поверхностный прогиб может иметь множество причин для образования. Топография может привести к низкому образованию поверхности, когда существующая бароклинная волна движется через горный барьер; это известно как "подветренный циклогенез", поскольку низкие формы формируются на подветренной стороне гор. Мезомасштабные конвективные системы могут порождать поверхностные впадины, которые изначально являются теплым ядром. Возмущение может перерасти в волнообразное образование вдоль фронта , и минимум будет расположен на гребне. Вокруг минимума поток по определению станет циклоническим. Этот вращательный поток будет толкать полярный воздушный поток к западу от низины через задний холодный фронт, а более теплый воздух будет выталкивать низину через полюс через теплый фронт. Обычно холодный фронт будет двигаться более быстрыми темпами, чем теплый фронт, и «догонит» его из-за медленной эрозии воздушной массы с более высокой плотностью, расположенной впереди циклона, и воздушной массы с более высокой плотностью, распространяющейся позади циклона, что обычно приводит к сужающийся теплый сектор. В этот момент образуется закрытый фронт, где масса теплого воздуха выталкивается вверх в желоб с теплым воздухом вверх, который также известен как ствол (a tro тьфу w руку воздуха al часто). Все развивающиеся области низкого давления имеют один важный аспект - восходящее вертикальное движение в тропосфере. Такие восходящие движения уменьшают массу локальных атмосферных столбов воздуха, что снижает поверхностное давление.
Зрелость наступает после времени окклюзии, когда шторм завершил усиление и циклонический поток достиг его самое интенсивное. После этого сила шторма уменьшается по мере того, как циклон соединяется с желобом верхнего уровня или нижним уровнем верхнего уровня, становясь все более холодным ядром. Замедление вращения циклонов, также известное как циклолиз, можно понять с точки зрения энергетики. Когда происходит окклюзия, и масса теплого воздуха толкается вверх по воздушной массе холодного воздуха, атмосфера становится все более стабильной, а центр тяжести системы опускается. По мере того, как процесс окклюзии распространяется дальше вниз по теплому фронту и дальше от центрального минимума, все больше и больше доступной потенциальной энергии системы истощается. Этот потенциальный сток энергии создает источник кинетической энергии, который вводит последний прилив энергии в движения бури. После того, как этот процесс происходит, период роста циклона, или циклогенеза, заканчивается, и нижняя часть начинает замедляться (заполняться), поскольку в нижнюю часть циклона входит больше воздуха, чем удаляется из верхней части, так как отклонение верхнего уровня уменьшился.
Иногда циклогенез повторяется с перекрытыми циклонами. Когда это происходит, новый низкий центр образуется в тройной точке (точке, где встречаются холодный фронт, теплый фронт и закрытый фронт). Во время циклогенеза тройной точки закрытый родительский минимум будет заполняться по мере того, как вторичный минимум углубляется в основной фактор погоды.
На этом изображении видны плотные облака и дугообразная полоса конвекции, что указывает на молодой развивающийся циклон.
Образец диффузных облаков на этом изображении указывает на старую, рассеивающую систему низкого давления.
На этом изображении показано взаимное расположение двух штормовых систем над северо-восточной частью Тихого океана.
Тропические циклоны существуют в мезомасштабной альфа-области. В отличие от среднеширотного циклогенеза, тропический циклогенез управляется сильной конвекцией, организованной в центральное ядро без бароклинных зон или фронтов, проходящих через их центр. Хотя образование тропических циклонов является предметом обширных текущих исследований и до сих пор не полностью изучено, существует шесть основных требований для тропического циклогенеза: температура поверхности моря, которая достаточно теплая, атмосферная нестабильность, высокая влажность на нижнем и среднем уровнях тропосферы, достаточная сила Кориолиса для развития центра низкого давления, ранее существовавшего очага низкого уровня или возмущения, и небольшой вертикальный сдвиг ветра. Эти циклоны с теплым ядром имеют тенденцию формироваться над океанами между 10 и 30 градусами экватора.
Размер мезоциклонов варьируется от мезомасштабного бета до микромасштаба. Термин мезоциклон обычно используется для обозначения вращений на среднем уровне во время сильных гроз и представляет собой циклоны с теплым ядром, приводимые в движение скрытым теплом связанной с ним грозовой активности.
Торнадо формируются в теплом секторе внетропических циклонов, где существует сильная струя на верхнем уровне. Считается, что мезоциклоны образуются, когда сильные изменения скорости и / или направления ветра с высотой («сдвиг ветра ») заставляют части нижней части атмосферы вращаться в невидимых трубчатых валках. Затем считается, что конвективный восходящий поток грозы втягивает этот вращающийся воздух, наклоняя ориентацию валков вверх (от параллельной к земле к перпендикулярной) и заставляя весь восходящий поток вращаться как вертикальный столб.
Когда восходящий поток вращается, он может образовывать так называемое пристенное облако. Пристенное облако - это вращающийся слой облаков, спускающийся из мезоциклона. Стеночное облако имеет тенденцию формироваться ближе к центру мезоциклона. Стеновые облака не обязательно нуждаются в мезоциклоне для образования и не всегда вращаются. По мере опускания пристенного облака в его центре может образоваться воронкообразное облако. Это первая стадия образования смерча. Считается, что присутствие мезоциклона является ключевым фактором в формировании сильных торнадо, связанных с сильными грозами.
Вертикальный сдвиг ветра (красный) устанавливает вращение воздуха (зеленый).
Восходящий поток (синий) «поднимает» вращающийся воздух вверх.
Затем восходящий поток начинает вращаться.
Торнадо существуют на микромасштабе или нижнем конце мезомасштабной гамма-области. Цикл начинается, когда сильная гроза развивает вращающийся мезоциклон на несколько миль выше в атмосфере, превращаясь в суперячейку. По мере увеличения количества осадков во время шторма он увлекает за собой область быстро опускающегося воздуха, известную как нисходящий поток с тыла (RFD). Этот нисходящий поток ускоряется по мере приближения к земле и увлекает за собой вращающийся мезоциклон к земле.
Когда мезоциклон приближается к земле, кажется, что видимая воронка конденсата спускается от основания шторма, часто из вращающееся настенное облако. Когда воронка опускается, RFD также достигает земли, создавая фронт порыва, который может нанести ущерб на значительном расстоянии от торнадо. Обычно воронкообразное облако начинает наносить ущерб земле (превращаясь в торнадо) через несколько минут после того, как RFD достигает земли.
Водяные смерчи существуют в микромасштабе. Хотя некоторые смерчи сильны (торнадо), как и их наземные аналоги, большинство из них намного слабее и вызваны другой атмосферной динамикой. Обычно они развиваются во влажных средах с небольшим вертикальным сдвигом ветра вдоль линий конвергенции, таких как наземные бризы, линии фрикционного схождения от близлежащих массивов суши или поверхностных впадин. Их родительское облако может быть столь же безобидным, как умеренное кучевое облако, или столь же значительным, как гроза. Водяные смерчи обычно развиваются по мере того, как их родительские облака находятся в процессе развития, и предполагается, что они раскручиваются по мере продвижения вверх по границе поверхности от горизонтального сдвига ветра у поверхности, а затем тянутся вверх к поверхности. облако, как только сдвиговый вихрь низкого уровня совпадает с развивающимся кучевым облаком или грозой. Слабые торнадо, известные как наземные смерчи, на востоке Колорадо развивались аналогичным образом. Вспышка произошла в Великих озерах в конце сентября - начале октября 2003 г. вдоль полосы воздействия озера. Сентябрь является пиковым месяцем возникновения наземных смерчей и водяных смерчей около Флориды, а также возникновения водяных смерчей около Великих озер.
Циклогенез противоположен циклолизу, что касается ослабление поверхностных циклонов. Этот термин имеет антициклонический (система высокого давления) эквивалент - Антициклогенез, который имеет дело с образованием поверхностных систем высокого давления.
Портал погоды 