Циклон — атмосферный вихрь с низким давлением в центре. Ветры в циклоне в северном полушарии дуют против часовой стрелки, и в нижнем слое отклоняются к центру, в южном полушарии — по часовой стрелке.
Циклоны постоянно и естественно появляются из-за вращения Земли, благодаря силе Кориолиса . Прохождение циклона связано с образованием мощной облачности и выпадением осадков .
Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Вторые образуются в тропических широтах и имеют меньшие размеры (сотни, редко — более тысячи километров), но большие барические градиенты и скорости ветра, доходящие до штормовых. Тропические циклоны могут в процессе своего развития превращаться в внетропические.
Ниже 8-10 ° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а в непосредственной близости от экватора — не возникают вовсе.
Циклоны возникают не только в атмосфере Земли, но и в атмосферах других планет. Например, в атмосфере Юпитера уже много лет наблюдается так называемая Большое красное пятно , что является, по всей видимости, длительным циклоном. Однако, циклоны в атмосферах других планет изучены недостаточно. Циклогенéз — образование циклона, в умеренных широтах возникает на фронтах .
Циклогенез — развитие или усиление циклонической циркуляции в атмосфере (область низкого давления ). Это общий термин для нескольких различных процессов, все приводят к развитию какого-то одного вида циклона.
Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические . Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Внетропические циклоны формируются в виде волн вдоль погодных фронтов, прежде чем эти фронта сомкнутся на фронт окклюзии, который позже сформирует в их жизненном цикле холодное ядро циклона.
Тропические циклоны образуются в связи с наличием большого количества скрытой теплоты, обусловливая большую грозовую активность и ядра тепла. Они могут быть чрезвычайно опасными. В основном для формирования тропического циклона нужна температура приповерхностного слоя океанской воды минимум 26,5 ° C на глубине как минимум до 50 м. Другим необходимым фактором является быстрое охлаждение воздуха с высотой, что позволяет высвобождение энергии конденсации, главного источника энергии тропического циклона. Также для образования тропического циклона необходима высокая влажность воздуха в нижних и средних слоях тропосферы ; при условии большого количества влаги в воздухе условия благоприятные для образования нестабильности.
Основные теории формирования
Представление о механизме возникновения циклонов до 20-го века не отличались ясностью и были весьма упрощенными. В 20 веке были развиты термическая (конденсационная), механическая, волновая, дивергентная, адвективные-динамическая теории формирования циклонов, которые были более полными, но продолжали быть недостаточно полными и не учитывали всех факторов.
Сейчас установлено, что подавляющее большинство циклонов, которые возникают в умеренных широтах, является фронтальными волновыми возмущениями.
Фронтальные циклоны (и антициклоны ) является результатом возникновения на тропосферной фронте динамично неустойчивых бароклинных волн . Бароклинных неустойчивость определяется как динамическая неустойчивость в основном переносе в атмосфере, связана с наличием меридионального градиента температуры, и, следовательно, термического ветра . Атмосфера при этом находится в квазигеострофичний равновесии (состояние движения, при котором горизонтальная составляющая силы вращения Земли уравновешивает силу горизонтального барического градиента во всех точках поля, то есть ветер в точках поля геострофических, что может быть принято в свободной атмосфере, за исключением экваториальных широт) и обладает статической устойчивостью.
Стадия возникновения
Продолжительность стадии возникновения циклона длится от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды . Процесс длится примерно сутки. В начальной стадии развития циклонические градиенты давления и ветра слабые, атмосферный фронт слабо возмущенное. Циклон в начальной стадии — обычно низкое барическое образования.
Стадии молодого фронтального циклона соответствует деформация передней облачной полосы. В месте возникновения волны, в передней части, облачная полоса расширяется в сторону холодного воздуха и обнаруживает антициклонный изгиб (в сторону холодного воздуха). Здесь в результате восходящего скольжения теплого воздуха начинает формироваться облачная полоса теплого фронта . На северной периферии облачности теплого фронта видно выбросы перистых облаков , что свидетельствует об активном процессе циклогенеза. В тылу волны — циклоническая изгибе, формируется холодный фронт .
В отличие от слаборазвитой волны, полосы перистой облачности впереди активной волны свидетельствуют о том, что здесь в верхней половине тропосферы происходит вынос теплого воздуха и формируется тепловой гребень . В тылу активной волны облачная полоса сужается и прогибается в сторону теплого воздуха. Здесь в нижней половине тропосферы распространяется холодный воздух, и формируется термическая ложбина .
Таким образом, образуются соединены области адвекции холода и адвекции тепла, так называемая адвективные термическая пара. Чем значительнее горизонтальный градиент адвекции в области волны, тем интенсивнее будет протекать циклогенез и развиваться облачность. У поверхности Земли атмосферное давление падает, появляются замкнутые изобары , увеличивается зона осадков .
Формирования циклона на стационарном атмосферном фронте указывает, что в следующие сутки увеличатся градиенты температуры и усилятся осадки на теплом фронте . На холодном фронте погодные условия существенно не изменятся.
