Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Этот коллаж из спутниковых изображений GOES 13 показывает развитие нор'эстера в течение нескольких дней.

Циклогенез - это развитие или усиление циклонической циркуляции в атмосфере (область низкого давления ). [1] Циклогенез - это общий термин, обозначающий по крайней мере три различных процесса, каждый из которых приводит к развитию своего рода циклона любого размера от микромасштаба до синоптического масштаба .

  • Тропические циклоны образуются из-за скрытого тепла, вызванного значительной грозовой активностью, в результате чего образуется теплое ядро.
  • Внетропические циклоны образуются в виде волн вдоль погодных фронтов, прежде чем на более поздних этапах своего жизненного цикла перекрываются в виде циклонов с холодным ядром.
  • Мезоциклоны образуются как циклоны с теплым ядром над сушей и могут привести к образованию торнадо . Водяные смерчи также могут образовываться из мезоциклонов, но чаще возникают в средах с высокой нестабильностью и низким вертикальным сдвигом ветра .

Процесс, в котором внетропический циклон подвергается быстрому падению атмосферного давления (24 миллибара или более) за 24-часовой период, называется взрывным циклогенезом и обычно присутствует во время образования нор'эстера . [2] Антициклоническим эквивалентом процесса образования областей высокого давления является антициклогенез . [3] Противоположностью циклогенеза является циклолиз .

Метеорологические весы [ править ]

В метеорологии рассматриваются четыре основных масштаба или размеров систем: макромасштаб, синоптический масштаб, мезомасштаб и микромасштаб. [4] Макромасштаб имеет дело с системами глобального размера, такими как колебание Мэддена – Джулиана . Системы синоптического масштаба покрывают часть континента, например внетропические циклоны , с размерами 1 000–2 500 км (620–1 550 миль) в поперечнике. [5] 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 ), в то время как мезо-бета-явления диапазон от 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 ). [6] 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 2000 до 2001 км (от 1243 до 1243 миль).

Внетропические циклоны [ править ]

Основная статья: внетропический циклон
Начальная фронтальная волна (или область низкого давления) формируется в месте расположения красной точки на изображении. Обычно оно перпендикулярно (под прямым углом) к образованию облаков в виде листьев (бароклинный лист), наблюдаемых на спутнике на ранней стадии циклогенеза. Местоположение оси струйного течения верхнего уровня выделено голубым цветом.

Норвежская модель циклона [ править ]

Полоса реактивных двигателей верхнего уровня. Области DIV - это области расхождения наверху, которые приведут к конвергенции поверхностей и будут способствовать циклогенезу.

Норвежская модель циклона является идеализированной моделью формирования холоднокатаного ядра циклонов , разработанных норвежскими метеорологами во время Первой мировой войны . [7] Основная концепция этой модели, относящаяся к циклогенезу, заключается в том, что циклоны проходят предсказуемую эволюцию по мере продвижения вверх по фронтальной границе, причем наиболее зрелый циклон находится у северо-восточного конца фронта, а наименее зрелый - у хвостового. фронта. [8]

Предшественники для развития [ править ]

Основная статья: Фронтогенез

Существующая ранее фронтальная граница, как определено в анализе приземной погоды , 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 [9] [10], вблизи благоприятного квадранта струи верхнего уровня. [11] Однако увеличение скорости продольного растяжения в нижней тропосфере может подавить рост внетропических циклонов. [12] [13]

Вертикальное движение влияет на развитие [ править ]

Циклогенез может происходить только тогда, когда температура понижается к полюсу (к северу, в северном полушарии), а линии возмущений давления наклоняются к западу с высотой. Циклогенез наиболее вероятен в областях адвекции циклонической завихренности ниже по течению сильной западной струи. [14] Комбинация адвекции завихренности и тепловой адвекции, создаваемая градиентом температуры и центром низкого давления, вызывает восходящее движение вокруг минимума. [a] Если температурный градиент достаточно сильный, адвекция температуры увеличится, вызывая более вертикальное движение. Это увеличивает общую прочность системы. Сдвиговые восходящие потоки [b] являются наиболее важным фактором в определении циклонического роста и силы. [16]

Режимы развития [ править ]

Поверхностный минимум может иметь множество причин для образования. Топография может заставить поверхность низко сформироваться, когда существующая бароклинная волна движется через горный барьер; это известно как «подветренный циклогенез», так как низкие формы формируются с подветренной стороны гор. [17] [18] Мезомасштабные конвективные системы могут порождать поверхностные впадины, которые изначально являются теплым ядром. [19] 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. [20] В этот момент окклюзии передние формы , где масса теплого воздуха выталкивается вверх в желоб теплого воздуха в воздухе, который также известен как trowal (а тро тьфу из шрука воздух al oft). [21] Все развивающиеся области низкого давления имеют один важный аспект - восходящее вертикальное движение в тропосфере. Такие восходящие движения уменьшают массу местных атмосферных столбов воздуха, что снижает приземное давление. [22]

Зрелость [ править ]

Зрелость наступает после времени окклюзии, когда шторм завершил усиление и циклонический поток достиг максимальной интенсивности. [23] 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. [24] 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 исчерпывается. 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 нижний уровень начинает замедляться (заполняться), поскольку в нижнюю часть циклона входит больше воздуха, чем удаляется из верхней части, поскольку отклонение верхнего уровня уменьшился.

Иногда циклогенез повторяется с перекрытыми циклонами. Когда это происходит, новый нижний 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, указывающие на молодой развивающийся циклон.

  • Образец диффузных облаков на этом изображении указывает на старую систему низкого давления, рассеивающую энергию.

  • На этом изображении показано взаимное расположение двух штормовых систем над северо-восточной частью Тихого океана.

Тропические циклоны [ править ]

Основная статья: Тропический циклогенез

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: достаточно высокая температура поверхности моря , атмосферная нестабильность, высокая влажность на нижних и средних уровнях тропосферы. силы Кориолиса , достаточной для развития центра низкого давления, ранее существовавшего фокуса или возмущения низкого уровня и низкого вертикальногосдвиг ветра . Эти циклоны с теплым ядром обычно образуются над океанами между 10 и 30 градусами экватора. [25] [26]

Мезоциклоны [ править ]

Основная статья: мезоциклон

Размер мезоциклонов варьируется от бета-мезоуровня до микромасштаба. Термин мезоциклон обычно используется для обозначения вращений на среднем уровне во время сильных гроз [27] и представляет собой циклоны с теплым ядром, приводимые в движение скрытым теплом связанной с ним грозовой активности.

Торнадо образуются в теплом секторе внетропических циклонов, где существует сильное струйное течение на верхнем уровне. [28] 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 рулонах. Затем считается, что конвективный восходящий поток грозы втягивает этот вращающийся воздух, наклоняя ориентацию валков вверх (от параллельности 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 того, как пристенное облако опускается, в его центре может образоваться воронкообразное облако. Это первая стадия образования смерча. [29] Присутствие мезоциклона считается ключевым фактором в формировании сильных торнадо, связанных с сильными грозами.

  • Вертикальный сдвиг ветра (красный) устанавливает вращение воздуха (зеленый).

  • Восходящий поток (синий) «поднимает» вращающийся воздух.

  • Затем восходящий поток начинает вращаться.

Торнадо [ править ]

Основная статья: Торнадогенез

Торнадо существуют на микромасштабе или нижнем конце мезомасштабной гамма-области. Цикл начинается, когда сильная гроза развивает вращающийся мезоциклон на несколько миль вверх в атмосфере, становясь суперячейкой. 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. [30]

Когда мезоциклон приближается к земле, кажется, что видимая воронка конденсата спускается от основания шторма, часто из вращающегося пристенного облака. 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) в течение нескольких минут после того, как RFD достигает земли. [31]

Водяные смерчи [ править ]

Основная статья: Водяной смерч

Водяные смерчи существуют в микромасштабе. Хотя некоторые водяные 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. [32] 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 потянитесь вверх к облаку, как только сдвиговый вихрь низкого уровня совместится с развивающимися кучевыми облаками или грозой. Слабые торнадо, известные как наземные смерчи, в восточной части Колорадо развивались аналогичным образом. [33] Вспышка произошла в районе Великих озер в конце сентября - начале октября 2003 г. вдоль полосы воздействия озера. Сентябрь - самый высокий месяц появления смерчей в районе Флориды и в районе Великих озер . [33] [34]

Связанные термины [ править ]

Циклогенез противоположен циклолизу, который касается ослабления поверхностных циклонов. Термин имеет антициклонический (система высокого давления) эквивалент - антициклогенез , который имеет дело с образованием поверхностных систем высокого давления. [3]

См. Также [ править ]

  • Атмосферная река
  • Европейский ураган
  • Динамика ураганов и микрофизика облаков
  • Гибрид низкий
  • Анализ погоды на поверхности
  • Классификация Миллера

Заметки [ править ]

  1. ^ Используя Q-векторы , мы можем определить направление вертикального движения. [15] Южный поток и адвекция тепла вызывают восходящее движение, в то время как северный поток и адвекция холода вызывают движение вниз. Эти вертикальные движения вызывают растяжение нижней части и увеличение завихренности вокруг системы. Это увеличение завихренности системы может быть показано через уравнение завихренности QG (уравнение в частных производных ):
    ,
    где - относительная завихренность, - параметр Кориолиса в приближении бета-плоскости, - частная производная вертикального движения по высоте, - производная по материалу . [15] Если член планетарной завихренности остается постоянным, мы можем сделать вывод, что с увеличением растяжения завихренность также должна увеличиваться. Вертикальное движение также увеличивает адвекцию температуры по уравнению , где - геострофический меридиональный ветер и представляет геопотенциал . [15]
  2. ^ Сдвиговые восходящие потоки - это восходящие движения в системе вертикальных движений, которые меняются по направлению.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Арктическая климатология и метеорология (2006). «Циклогенез» . Национальный центр данных по снегу и льду. Архивировано из оригинала на 2006-08-30 . Проверено 4 декабря 2006 .
  2. ^ Сандерс, Ф .; Дж. Р. Гякум (1980-06-12). «Синоптико-динамическая климатология« Бомбы » » (PDF) . Массачусетский технологический институт , Кембридж . Проверено 21 января 2012 .
  3. ^ а б «Циклогенез» . Глоссарий метеорологии . Американское метеорологическое общество . 26 января 2012 . Проверено 23 июля 2016 .
  4. ^ Лаборатория мезомасштабной динамики и моделирования (2008-09-08). «Часть I: Введение в мезомасштабную динамику» . Архивировано из оригинала на 2006-09-08 . Проверено 4 декабря 2006 .
  5. ^ Арктическая климатология и метеорология (2006). «Синоптическая шкала» . Архивировано из оригинала на 2006-08-27 . Проверено 25 октября 2006 .
  6. ^ Университетская корпорация атмосферных исследований. Определение мезомасштаб. Проверено 25 октября 2006 г.
  7. ^ JetStream (1 сентября 2009 г.). «Норвежская модель циклона» . Штаб-квартира Национальной службы погоды в Южном регионе. Архивировано из оригинала на 2016-01-04 . Проверено 26 октября 2009 .
  8. ^ "Норвежская модель циклона" (PDF) . Школа метеорологии Университета Оклахомы . Архивировано из оригинального (PDF) 1 сентября 2006 года.
  9. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). «Определение короткой волны» . Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала на 2009-06-09 . Проверено 26 октября 2009 .
  10. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). «Определение желоба верхнего уровня» . Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала на 2009-06-09 . Проверено 26 октября 2009 .
  11. Перейти ↑ Carlyle H. Wash, Stacey H. Heikkinen, Chi-Sann Liou и Wendell A. Nuss. Событие быстрого циклогенеза во время GALE IOP 9. Проверено 2008-06-28.
  12. ^ Schemm, S .; Шпренгер, М. (2015). «Фронтально-волновой циклогенез в Северной Атлантике - климатологическая характеристика» . Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 141 (693): 2989–3005. Bibcode : 2015QJRMS.141.2989S . DOI : 10.1002 / qj.2584 . hdl : 1956/11634 .
  13. ↑ Бишоп, Крейг Х. и Торп, Алан Дж. (1994). «Устойчивость фронтальной волны во время фронтогенеза влажной деформации. Часть II: Подавление развития нелинейных волн» . Журнал атмосферных наук . 51 (6): 874–888. DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1994) 051 <0874: FWSDMD> 2.0.CO; 2 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Уоллес, Джон М .; Питер В. Хоббс (2006). Наука об атмосфере. Вводный обзор . Вашингтонский университет , Сиэтл.
  15. ^ a b c Холтон, Джеймс Р. (2004). Введение в динамическую метеорологию . Вашингтонский университет , Сиэтл.
  16. ^ Мартин, Джонатон Э. (2006-10-10). «Американское метеорологическое общество». Ежемесячный обзор погоды . 135 (7): 2803–2809. CiteSeerX 10.1.1.529.5005 . DOI : 10,1175 / MWR3416.1 . 
  17. ^ «Взаимодействие потока с топографией» . Программа КОМЕТА . Архивировано из оригинала 8 мая 2002 года.
  18. ^ "Ли циклогенез" . Глоссарий метеорологии . Американское метеорологическое общество. 25 апреля 2012 г.
  19. ^ Raymond D. Menard1 и JM Fritsch Мезомасштабный конвективный комплексно-генерируемый инерционно устойчивый теплый вихрь ядра
  20. ^ Чу, Рэйчел (2006). «Плотность воздуха» . Сборник фактов по физике .
  21. ^ Университет Сент-Луиса Что такое trowal? Архивировано 16 сентября 2006 года в Wayback Machine.
  22. ^ Джоэл Норрис (2005-03-19). «QG Notes» . Калифорнийский университет в Сан-Диего . Проверено 26 октября 2009 .
  23. ^ Джоан фон Ан; Джо Сенкевич; Греггори Макфадден (апрель 2005 г.). «Ураганные внетропические циклоны, наблюдаемые с помощью QuikSCAT, ветра, близкого к реальному времени» . Журнал погоды моряков . 49 (1) . Проверено 26 октября 2009 .
  24. ^ Стив В. Вудрафф (2008-06-12). «Об атмосферной стабильности» . Колледж Пирса. Архивировано из оригинала на 12 июня 2008 года . Проверено 26 октября 2009 .
  25. ^ Крис Ландси (2009-02-08). "Тема: A15) Как образуются тропические циклоны?" . Национальный центр ураганов . Архивировано из оригинала на 2009-08-27 . Проверено 26 октября 2009 .
  26. ^ Environment Canada (18 сентября 2003 г.). «Образование тропического циклона» . Архивировано из оригинала на 2006-09-27 . Проверено 26 октября 2009 .
  27. ^ Томас Аллен Джонс (2007-03-11). «Формирование и поддержание мезоциклона: обзор концептуальных моделей» . Архивировано из оригинала на 11 марта 2007 года . Проверено 26 октября 2009 .
  28. ^ Университетская корпорация атмосферных исследований (сентябрь 2000 г.). «Как образуется смерч» . Архивировано из оригинала на 2007-10-17 . Проверено 26 октября 2009 .
  29. ^ Майкл Браник (11.06.2008). «Всеобъемлющий словарь погоды» . Geographic.org . Проверено 26 октября 2009 .
  30. ^ Тимоти П. Маршалл; Эрик Н. Расмуссен (январь 1982 г.). «Мезомасштабная эволюция торнадо Уоррена, Оклахома» . 12-я конференция по сильным местным штормам . Архивировано из оригинала на 2009-09-21 . Проверено 26 октября 2009 .
  31. ^ Центр прогнозирования штормов. Часто задаваемые вопросы о торнадо в Интернете. Архивировано 29 сентября2006 года на Wayback Machine. Проверено 25 октября 2006 года.
  32. ^ Барри К. Чой и Скотт М. Спратт. Подход WSR-88D к прогнозированию водяных смерчей. Архивировано 5 октября 2006 года в Wayback Machine. Проверено4 декабря 2006 года.
  33. ^ a b Барри К. Чой и Скотт М. Спратт. Использование WSR-88D для прогнозирования смерчей в Восточной Центральной Флориде. Архивировано 17 июня 2008 года, в Wayback Machine. Проверено 25 октября 2006 года .
  34. ^ "Великая вспышка водяного смерча в 2003 году" . Журнал погоды моряков . 48 (3). Декабрь 2004 . Проверено 25 октября 2006 .