Холодный центр понижения давления , также известный как верхний уровень понижения давления или холодный центр циклона , представляет собой циклон на высоте, который имеет связанный с ним холодный бассейн воздуха, находящийся на большой высоте в тропосфере Земли , без фронтальной структуры . Это система низкого давления, которая усиливается с высотой в соответствии с соотношением термического ветра . Если слабая поверхностная циркуляция образуется в ответ на такую особенность в субтропических широтах восточной части северной части Тихого океана или северной части Индийского океана, это называется субтропическим циклоном . Облачность и осадки в основном происходят с этими системами в течение дня.
Суровые погодные явления , такие как торнадо , могут возникать вблизи центра холодных нижних зон. Холодные низинные зоны могут способствовать возникновению циклонов со значительными погодными воздействиями, такими как полярные низинные зоны и вихри Кармана . Холодные низинные зоны могут напрямую приводить к развитию тропических циклонов из-за связанного с ними холодного бассейна воздуха наверху или выступая в качестве дополнительных каналов оттока, способствующих дальнейшему развитию.
Холодные циклоны сильнее наверху, чем на поверхности Земли, или сильнее в областях тропосферы с более низким давлением, согласно соотношению термического ветра и гипсометрическому уравнению . Гипсометрическое уравнение гласит, что более холодные атмосферы имеют меньше места между поверхностями давления, что соответствует концепции меньшей толщины атмосферы, а соотношение термического ветра указывает, что в этой ситуации ветер увеличивается с высотой. [1] [2] Это также означает, что изолированный бассейн холодного воздуха наверху связан с особенностью. Из-за своего холодного центра, центр показывает область минимальной толщины. Поскольку температура на любом заданном радиусе похожа и параллельна ориентации градиента давления, и, следовательно, ветра , она имеет баротропную природу. [3] Движение циклонов с холодным ядром может быть неустойчивым, поскольку они отделены от основного пояса западных ветров , который в противном случае направлял бы их постепенно на восток. [4]
Большая часть облачности и осадков в сочетании с холодными циклонами выпадает в дневные часы, поскольку солнечный свет нагревает поверхность Земли, дестабилизируя атмосферу и вызывая восходящее вертикальное движение. [5] Развитие суровых погодных условий, в частности торнадо, может происходить вблизи центра этих систем над сушей в любое время года. [6] Зимой, когда холодные циклоны с температурами в средних слоях тропосферы достигают −45 °C (−49 °F) перемещаются над открытыми водами, формируется глубокая конвекция, которая делает возможным развитие полярных циклонов . [7]
Кона-депрессионис , большинство внетропических циклонов и тропические верхние тропосферные циклоны являются холодными центральными депрессионисами. В восточной половине северной части Тихого океана и северной части Индийского океана образование слабой циркуляции под средне-верхнетропосферным депрессионисом , который отрезан от основного пояса западных ветров в холодное время года ( зимой ), называется субтропическим циклоном. В случае северной части Индийского океана образование этого типа вихря приводит к началу муссонных дождей в сезон дождей . [8]
Восточное побережье минимумов формируется вблизи и к востоку от того места, где холодный центр минимума взаимодействует с градиентом температуры поверхности моря (SST) вдоль восточного побережья континентов , таких как Азия , Северная Америка , Южная Африка и Австралия в пределах уже существующей области высокого давления . Те, что находятся у берегов Восточного побережья Соединенных Штатов , которые обычно формируются в месяцы между октябрем и апрелем, называются северо-восточными . [9] Первоначально не связанные с погодными фронтами , они формируются в тандеме с блокирующими антициклонами в более высоких широтах, что приводит к медленному движению к полюсу вверх по градиенту SST. Восточное побережье минимумов может сохраняться до недели. Некоторые восточное побережье минимумов развиваются быстро, становясь метеорологическими бомбами . Существует 4,5-летний цикл в формировании восточного побережья минимумов вблизи Австралии, в годы перехода между теплыми (Эль-Ниньо) и холодными (Ла-Нинья) годами ЭНСО . Эти системы могут вызывать сильный ветер, проливные дожди, волны высотой более 10 метров (33 фута) и глазковые образования на снимках с метеорологических спутников . [10] Верхние уровни минимумов обычно являются причиной сильных дождей и штормов на юго-востоке Австралии, особенно в годы Ла-Нинья . [11]
Летняя тропическая верхняя тропосферная ложбина в Южном полушарии находится над областью пассатов восточной части центральной части Тихого океана и может вызывать тропический циклогенез у берегов Центральной Америки . [12] В западной части Тихого океана тропические верхние тропосферные ложбины являются основной причиной нескольких тропических циклонов, которые развиваются к северу от 20-й параллели к северу и к востоку от 160-го меридиана восточной долготы во время событий Ла-Нинья . [13]
Замыкающие верхние циклоны и верхние ложбины могут вызывать дополнительные каналы оттока и способствовать процессу интенсификации тропических циклонов. Развивающиеся тропические возмущения могут способствовать созданию или углублению верхних ложбин или верхних минимумов в их следе из-за струйного потока оттока , исходящего от развивающегося тропического возмущения/циклона. [14] [15] В западной части северной части Тихого океана существуют сильные взаимные связи между областями формирующихся тропических циклонов и областями нижних тропосферных муссонных ложбин и тропической верхней тропосферной ложбиной . [16] Движение тропических циклонов также может зависеть от ячеек TUTT в пределах 1700 километров (1100 миль) от их положения, что может привести к неклиматологическим траекториям, таким как движение на восток в пределах тропиков или движение на запад в области, где обычно доминируют западные ветры . [17]
Обычно температура океана 26,5 °C (79,7 °F), охватывающая глубину не менее 50 метров (160 футов), является одним из шести требований, необходимых для поддержания особого мезоциклона , которым является тропический циклон. [18] Более низкие температуры воздуха на большей высоте (например, на уровне 500 гПа или 5,9 км) могут привести к тропическому циклогенезу при более низких температурах воды, чем обычно, поскольку требуется определенная скорость градиента , чтобы заставить атмосферу быть достаточно нестабильной для конвекции. Во влажной атмосфере эта скорость градиента составляет 6,5 °C/км (19 °F/миля), в то время как в атмосфере с относительной влажностью менее 100 % требуемая скорость градиента составляет 9,8 °C/км (29 °F/миля). [19] Недавним примером тропического циклона , который поддерживался над более прохладными водами, был Алекс из сезона ураганов в Атлантике 2016 года , который стал ураганом над водами при температуре всего 20 °C (68 °F). [20]
На уровне 500 гПа температура воздуха в тропиках в среднем составляет −7 °C (18 °F), но воздух в тропиках на этом уровне обычно сухой, что дает воздуху пространство для влажного термометра или охлаждается по мере увлажнения до более благоприятной температуры, которая затем может поддерживать конвекцию. Температура влажного термометра 500 гПа в тропической атмосфере −13,2 °C (8,2 °F) необходима для начала конвекции, если температура воды составляет 26,5 °C (79,7 °F), и это температурное требование увеличивается или уменьшается пропорционально на 1 °C в температуре поверхности моря для каждого изменения на 1 °C при 500 гПа. Под холодным циклоном температура 500 гПа может упасть до −30 °C (−22 °F), что может инициировать конвекцию даже в самых сухих атмосферах. Это также объясняет, почему влажность в средних слоях тропосферы , примерно на уровне 500 гПа, обычно является требованием для развития. Однако, когда сухой воздух находится на той же высоте, температуры на 500 гПа должны быть еще холоднее, поскольку сухая атмосфера требует большего градиента для нестабильности, чем влажная атмосфера. [21] [22] На высотах около тропопаузы 30-летняя средняя температура (измеренная в период с 1961 по 1990 год) составляла −77 °C (−132 °F). [23]