stringtranslate.com

Зона низкого давления

Вращающаяся по часовой стрелке область низкого давления или циклон южной Австралии . Центр спиралевидной облачной системы также является центром минимума.
Система низкого давления над Исландией .

В метеорологии область низкого давления , низкая область или низина — это область, где атмосферное давление ниже, чем в окружающих местах. Области низкого давления обычно связаны с ненастной погодой (например, облачной, ветреной, с возможными дождями или штормами), [1] в то время как области высокого давления связаны с более слабыми ветрами и ясным небом. [2] Ветры вращаются против часовой стрелки вокруг низких уровней в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии из-за противодействующих сил Кориолиса . Системы низкого давления образуются под областями дивергенции ветра, которые происходят в верхних слоях атмосферы ( на высоте). Процесс формирования области низкого давления известен как циклогенез . В метеорологии дивергенция атмосферы на высоте происходит в двух типах мест:

Расходящиеся ветры наверху, перед этими ложбинами, вызывают подъем атмосферы в тропосфере , поскольку воздух движется вверх от поверхности, что снижает поверхностное давление, поскольку это восходящее движение частично противодействует силе тяжести, которая прижимает воздух к земле.

Термические минимумы образуются из-за локализованного нагрева, вызванного большим солнечным падением на пустыни и другие массивы суши. Поскольку локализованные области теплого воздуха менее плотные, чем их окружение, этот более теплый воздух поднимается, что снижает атмосферное давление вблизи этой части поверхности Земли . Крупномасштабные термические минимумы над континентами помогают управлять муссонными циркуляциями. Области низкого давления также могут образовываться из-за организованной грозовой активности над теплой водой. Когда это происходит над тропиками в сочетании с зоной внутритропической конвергенции , это известно как муссонная ложбина . Муссонные ложбины достигают своей северной протяженности в августе, а южной — в феврале. Когда конвективный минимум приобретает очень горячую циркуляцию в тропиках, это называется тропическим циклоном . Тропические циклоны могут образовываться в течение любого месяца года по всему миру, но могут происходить как в северном, так и в южном полушарии в декабре.

Атмосферный подъем также обычно создает облачный покров посредством адиабатического охлаждения , как только температура воздуха падает ниже точки росы по мере ее подъема, облачное небо, типичное для областей низкого давления, действует, чтобы смягчить дневные экстремальные температуры . Поскольку облака отражают солнечный свет , входящая коротковолновая солнечная радиация уменьшается, что вызывает более низкие температуры в течение дня. Ночью поглощающее воздействие облаков на исходящую длинноволновую радиацию , такую ​​как тепловая энергия с поверхности, обеспечивает более теплые ночные минимумы во все времена года. Чем сильнее область низкого давления, тем сильнее ветры, испытываемые в ее окрестностях. В глобальном масштабе системы низкого давления чаще всего расположены над Тибетским плато и с подветренной стороны Скалистых гор . В Европе (особенно на Британских островах и в Нидерландах ) повторяющиеся погодные системы низкого давления обычно известны как «низкие уровни».

Формирование

Циклогенез — это развитие и усиление циклонических циркуляций или областей низкого давления в атмосфере. [3] Циклогенез противоположен циклолизу и имеет антициклонический (система высокого давления) эквивалент, который имеет дело с образованием областей высокого давленияантициклогенез . [4] Циклогенез — это обобщающий термин для нескольких различных процессов, все из которых приводят к развитию некоторого вида циклона . Метеорологи используют термин «циклон», когда круговые системы давления текут в направлении вращения Земли, [5] [6] которое обычно совпадает с областями низкого давления. [7] [8] Крупнейшие системы низкого давления — это полярные циклоны с холодным ядром и внетропические циклоны, которые лежат в синоптическом масштабе . Циклоны с теплым ядром, такие как тропические циклоны, мезоциклоны и полярные циклоны , лежат в пределах меньшего мезомасштаба . Субтропические циклоны имеют промежуточный размер. [9] [10] Циклогенез может происходить в различных масштабах, от микромасштаба до синоптического масштаба. Крупномасштабные ложбины, также называемые волнами Россби, являются синоптическими по масштабу. [11] Коротковолновые ложбины, встроенные в поток вокруг крупномасштабных ложбин, имеют меньший масштаб или мезомасштабную природу. [12] Как волны Россби, так и короткие волны, встроенные в поток вокруг волн Россби, мигрируют в экваториальном направлении от полярных циклонов, расположенных как в Северном, так и в Южном полушариях. [13] Все они имеют один важный аспект — вертикальное движение вверх в тропосфере. Такие восходящие движения уменьшают массу локальных атмосферных столбов воздуха, что снижает поверхностное давление. [14]

Внетропические циклоны формируются в виде волн вдоль погодных фронтов из-за прохождения короткой волны наверху или струйной полосы верхнего уровня [ необходимо разъяснение ] перед тем, как позднее в своем жизненном цикле они скроются как циклоны с холодным ядром. [15] [16] [17] [18] Полярные циклоны — это мелкомасштабные, кратковременные атмосферные системы низкого давления, которые возникают над океаническими областями к полюсу от главного полярного фронта как в Северном, так и в Южном полушариях. Они являются частью более крупного класса мезомасштабных погодных систем. Полярные циклоны может быть трудно обнаружить с помощью обычных метеорологических сводок, и они представляют опасность для высокоширотных операций, таких как судоходство и морские платформы . Это мощные системы, в которых скорость приповерхностных ветров составляет не менее 17 метров в секунду (38 миль в час). [19]

Это изображение ячейки Хэдли показывает процесс, который поддерживает области низкого давления. Расходящиеся ветры наверху обеспечивают более низкое давление и сходимость на поверхности Земли, что приводит к движению вверх.

Тропические циклоны образуются из-за скрытого тепла, вызванного значительной грозовой активностью, и имеют теплое ядро ​​с четко выраженной циркуляцией. [20] Для их образования необходимо соблюдение определенных критериев. В большинстве случаев температура воды должна быть не менее 26,5 °C (79,7 °F) на глубине не менее 50 м (160 футов); [21] вода такой температуры делает вышележащую атмосферу достаточно нестабильной, чтобы поддерживать конвекцию и грозы. [22] Другим фактором является быстрое охлаждение с высотой, что позволяет высвобождать тепло конденсации , которое питает тропический циклон. [21] Необходима высокая влажность, особенно в нижней и средней тропосфере ; когда в атмосфере много влаги, условия более благоприятны для развития возмущений. [21] Необходимы низкие величины сдвига ветра , поскольку высокий сдвиг нарушает циркуляцию шторма. [21] Наконец, для формирования тропического циклона необходима уже существующая система нарушенной погоды, хотя без циркуляции циклоническое развитие не произойдет. [21] Мезоциклоны формируются как теплые циклоны над сушей и могут привести к образованию торнадо. [23] Водяные смерчи также могут образовываться из мезоциклонов, но чаще всего развиваются в условиях высокой нестабильности и низкого вертикального сдвига ветра . [24]

В пустынях недостаток влаги в почве и растениях, которая обычно обеспечивает испарительное охлаждение , может привести к интенсивному и быстрому солнечному нагреву нижних слоев воздуха. Горячий воздух менее плотный, чем окружающий более холодный воздух. Это, в сочетании с подъемом горячего воздуха, приводит к образованию области низкого давления, называемой термическим минимумом . [25] Муссонные циркуляции вызваны термическими минимумами, которые формируются на больших площадях суши, и их сила обусловлена ​​тем, что земля нагревается быстрее, чем окружающий близлежащий океан. Это создает устойчивый ветер, дующий в сторону суши, принося с собой влажный приповерхностный воздух над океанами. [26] Аналогичные осадки вызваны тем, что влажный океанский воздух поднимается вверх горами , [27] нагреванием поверхности, [28] конвергенцией на поверхности, [29] дивергенцией наверху или оттоками, вызванными штормами на поверхности. [30] Однако подъем происходит, воздух охлаждается из-за расширения в области более низкого давления, что, в свою очередь, вызывает конденсацию . Зимой земля быстро остывает, но океан сохраняет тепло дольше из-за своей более высокой удельной теплоты. Горячий воздух над океаном поднимается, создавая область низкого давления и бриз от земли к океану, в то время как над землей формируется большая область сухого высокого давления, увеличенная зимним охлаждением. [26] Муссоны напоминают морские и сухопутные бризы , термины, обычно относящиеся к локализованному, суточному (ежедневному) циклу циркуляции вблизи береговых линий повсюду, но они гораздо больше по масштабу - также сильнее и сезоннее. [31]

Климатология

Средние широты и субтропики

Изображение QuikSCAT типичных внетропических циклонов над океаном. Обратите внимание на максимальные ветры на полярной стороне окклюдированного фронта .

Крупные полярные циклоны помогают определить направление систем, движущихся через средние широты, к югу от Арктики и к северу от Антарктики . Арктическое колебание обеспечивает индекс, используемый для оценки величины этого эффекта в Северном полушарии. [32] Внетропические циклоны, как правило, формируются к востоку от климатологических положений провала на высоте около восточного побережья континентов или западной стороны океанов. [33] Исследование внетропических циклонов в Южном полушарии показывает, что между 30-й и 70-й параллелями в среднем существует 37 циклонов в течение любого 6-часового периода. [34] Отдельное исследование в Северном полушарии предполагает, что примерно 234 значительных внетропических циклона образуются каждую зиму. [35] В Европе, особенно в Соединенном Королевстве и в Нидерландах, повторяющиеся внетропические погодные системы низкого давления обычно известны как депрессии. [36] [37] [38] Они, как правило, приносят влажную погоду в течение всего года. Термические минимумы также случаются летом над континентальными районами субтропиков, такими как пустыня Сонора , Мексиканское нагорье , Сахара , Южная Америка и Юго-Восточная Азия. [25] Чаще всего минимумы располагаются над Тибетским нагорьем и с подветренной стороны Скалистых гор. [33]

Муссонный прогиб

Февральское положение ITCZ ​​и муссонной впадины в Тихом океане, изображенное областью сходящихся линий тока у берегов Австралии и в экваториальной части восточной части Тихого океана

Вытянутые области низкого давления формируются в муссонном желобе или внутритропической зоне конвергенции как часть циркуляции ячеек Хэдли . [39] Муссонный желоб в западной части Тихого океана достигает своего зенита по широте в конце лета, когда зимний поверхностный хребет в противоположном полушарии является самым сильным. Он может достигать 40-й параллели в Восточной Азии в августе и 20-й параллели в Австралии в феврале. Его продвижение к полюсу ускоряется с началом летнего муссона, который характеризуется развитием более низкого давления воздуха над самой теплой частью различных континентов. [40] [41] Крупномасштабные термические минимумы над континентами помогают создавать градиенты давления, которые управляют муссонными циркуляциями. [42] В южном полушарии муссонный желоб, связанный с австралийским муссоном, достигает своей самой южной широты в феврале, [43] ориентированный вдоль оси запад-северо-запад/восток-юго-восток. Многие из тропических лесов мира связаны с этими климатологическими системами низкого давления. [44]

тропический циклон

Видимое изображение мощного циклона Меги в северном полушарии на пике своей интенсивности.

Тропические циклоны обычно должны формироваться более чем в 555 км (345 миль) или в направлении полюса от 5-й северной параллели и 5-й южной параллели , что позволяет эффекту Кориолиса отклонять ветры, дующие в сторону центра низкого давления, и создавать циркуляцию. [21] Во всем мире пик активности тропических циклонов приходится на конец лета, когда разница между температурами наверху и температурой поверхности моря является наибольшей. Однако каждый конкретный бассейн имеет свои собственные сезонные закономерности. В мировом масштабе май является наименее активным месяцем, а сентябрь — наиболее активным месяцем. [45] Почти треть тропических циклонов в мире формируется в западной части Тихого океана, что делает его самым активным бассейном тропических циклонов на Земле . [46]

Сопутствующая погода

Схематическое изображение потока (представлено черным) вокруг области низкого давления в Северном полушарии. Сила градиента давления представлена ​​синими стрелками, ускорение Кориолиса (всегда перпендикулярно скорости) — красными стрелками.

Ветер изначально ускоряется от областей высокого давления к областям низкого давления. [47] Это происходит из-за разницы в плотности (или температуре и влажности) между двумя воздушными массами . Поскольку более сильные системы высокого давления содержат более холодный или сухой воздух, воздушная масса плотнее и течет к областям, которые теплые или влажные, которые находятся вблизи областей низкого давления, прежде чем их связывают с холодными фронтами . Чем сильнее разница в давлении или градиент давления между системой высокого давления и системой низкого давления, тем сильнее ветер. [48] Таким образом, более сильные области низкого давления связаны с более сильными ветрами.

Сила Кориолиса , вызванная вращением Земли , — это то, что придает ветрам вокруг областей низкого давления (например, в ураганах , циклонах и тайфунах ) их циркуляцию против часовой стрелки (против часовой стрелки) в северном полушарии (поскольку ветер движется внутрь и отклоняется вправо от центра высокого давления) и циркуляцию по часовой стрелке в южном полушарии (поскольку ветер движется внутрь и отклоняется влево от центра высокого давления). [49] Тропический циклон отличается от урагана или тайфуна только географическим положением. [50] Тропический циклон принципиально отличается от циклона средних широт. [51] Ураган — это шторм , который возникает в Атлантическом океане и северо-восточной части Тихого океана , тайфун возникает в северо-западной части Тихого океана, а тропический циклон возникает в южной части Тихого океана или Индийском океане . [50] [52] Трение о землю замедляет ветер, текущий в системы низкого давления, и заставляет ветер течь больше внутрь или течь более агеострофически , к их центрам. [48] Торнадо часто слишком малы и слишком кратковременны, чтобы на них влияла сила Кориолиса, но могут подвергаться такому влиянию, когда возникают в системе низкого давления. [53] [54]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Циклон". Американское метеорологическое общество . amsglossary.allenpress.com . Глоссарий метеорологии. Allen Press. 2008. Архивировано из оригинала 2008-10-04 . Получено 2009-03-02 .
  2. ^ Уильямс, Джек (2007). «Что происходит внутри максимумов и минимумов». Погода. USA Today . Получено 16.02.2009 .
  3. ^ "Циклогенез". nsidc.org . Арктическая климатология и метеорология. Национальный центр данных по снегу и льду. 2006. Архивировано из оригинала 2006-08-30 . Получено 2009-02-21 .
  4. ^ "Циклогенез". Американское метеорологическое общество . amsglossary.allenpress.com . Глоссарий метеорологии. Allen Press. 2009 . Получено 21.02.2009 .
  5. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). "Циклоническая циркуляция". Американское метеорологическое общество . Получено 17 сентября 2008 г.
  6. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). "Циклон". Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала 2008-10-04 . Получено 2008-09-17 .
  7. ^ BBC Weather Glossary (июль 2006 г.). "Циклон". British Broadcasting Corporation . Архивировано из оригинала 29-08-2006 . Получено 24-10-2006 .
  8. ^ "UCAR Glossary — Cyclone". meted.ucar.edu . Получено 24.10.2006 .
  9. ^ Роберт Харт (2003-02-18). "Анализ и прогноз фаз циклона: страница справки". Университет штата Флорида . Получено 2006-10-03 .
  10. ^ I. Orlanski (1975). "Рациональное подразделение шкал для атмосферных процессов". Бюллетень Американского метеорологического общества . 56 (5): 527–530. Bibcode :1975BAMS...56..527.. doi : 10.1175/1520-0477-56.5.527 .
  11. ^ "Волна Россби". Американское метеорологическое общество . amsglossary.allenpress.com . Глоссарий метеорологии. Allen Press. Июнь 2000 г. Архивировано из оригинала 2010-12-31 . Получено 2009-11-06 .
  12. ^ "Короткие волны". Американское метеорологическое общество . amsglossary.allenpress.com . Глоссарий метеорологии. Allen Press. Июнь 2000 г. Архивировано из оригинала 2011-05-14 . Получено 2009-11-06 .
  13. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). "Полярный вихрь". Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала 2011-01-09 . Получено 2009-12-24 .
  14. ^ Джоэл Норрис (2005-03-19). "QG Notes" (PDF) . Калифорнийский университет , Сан-Диего. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-06-26 . Получено 2009-10-26 .
  15. ^ Глоссарий метеорологии (2009). Короткие волны. Архивировано 09.06.2009 в Wayback Machine Американского метеорологического общества . Получено 02.03.2009.
  16. ^ Глоссарий метеорологии (2009). Верхнеуровневый желоб. Архивировано 09.06.2009 в Wayback Machine Американского метеорологического общества . Получено 02.03.2009.
  17. ^ Карлайл Х. Уош, Стейси Х. Хейккинен, Чи-Санн Лиу и Венделл А. Нусс (1989). Быстрое циклогенезное событие во время GALE IOP 9. Monthly Weather Review, стр. 234–257. Получено 28 июня 2008 г.
  18. ^ Шей Джонсон (2001-09-25). "Норвежская модель циклона" (PDF) . weather.ou.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 2006-09-01 . Получено 2006-10-11 .
  19. ^ EA Rasmussen & J. Turner (2003). Полярные депрессии: мезомасштабные погодные системы в полярных регионах . Cambridge University Press. стр. 612. ISBN 978-0-521-62430-5.
  20. ^ Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория , Отдел исследований ураганов (2004). "Часто задаваемые вопросы: что такое внетропический циклон?". NOAA . Получено 23.03.2007 .
  21. ^ abcdef Крис Ландси (2009-02-06). "Часто задаваемые вопросы: как образуются тропические циклоны?". Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Получено 2009-12-31 .
  22. ^ Крис Ландси (2004-08-13). "Часто задаваемые вопросы: почему для формирования тропических циклонов требуется температура океана 80 °F (27 °C)?". Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Получено 2006-07-25 .
  23. ^ Глоссарий метеорологии (2009). "Мезоциклон". Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала 2006-07-09 . Получено 2006-12-07 .
  24. ^ Чой, Барри К.; Скотт М. Спратт (2003-05-13). «Использование WSR-88D для прогнозирования смерчей в восточной части центральной Флориды». NOAA . Архивировано из оригинала 2008-06-17 . Получено 2009-12-26 .
  25. ^ ab Глоссарий метеорологии (2009). Термический минимум. Архивировано 22.05.2008 в Wayback Machine Американского метеорологического общества . Получено 02.03.2009.
  26. ^ ab Louisa Watts (2009). Что вызывает западноафриканский муссон? Национальный центр наук об окружающей среде. Получено 2009-04-04.
  27. ^ Майкл Пидвирни (2008). ГЛАВА 8: Введение в гидросферу (e). Процессы образования облаков. Физическая география. Получено 01.01.2009.
  28. ^ Барт ван ден Хёрк и Элеанор Блит (2008). Глобальные карты локальной связи Земли и Атмосферы. Архивировано 25.02.2009 в Wayback Machine KNMI. Получено 02.01.2009.
  29. ^ Роберт Пенроуз Пирс (2002). Метеорология в новом тысячелетии. Academic Press, стр. 66. ISBN 978-0-12-548035-2 . Получено 2009-01-02. 
  30. ^ Глоссарий метеорологии (июнь 2000 г.). "Gust Front". Американское метеорологическое общество . Архивировано из оригинала 2011-05-05 . Получено 2008-07-09 .
  31. BBC Weather (2004-09-01). "Азиатский муссон". Архивировано из оригинала 31 августа 2007 года . Получено 2008-05-22 .
  32. Тодд Митчелл (2004). Временной ряд Арктического колебания (AO), 1899 – июнь 2002. Архивировано 12 декабря 2003 г. в Wayback Machine University of Washington . Получено 2 марта 2009 г.
  33. ^ аб Л. де ла Торре, Ньето Р., Ногероль М., Анель Х.А., Гимено Л. (2008). Климатология, основанная на реанализе бароклинных регионов развития во внетропическом северном полушарии. Анналы Нью-Йоркской академии наук ; том. 1146: стр. 235–255. Проверено 2 марта 2009 г.
  34. ^ Ян Симмондс и Кевин Кей (февраль 2000 г.). «Изменчивость поведения внетропических циклонов в Южном полушарии, 1958–97 гг.». Журнал климата . 13 (3): 550–561. Bibcode : 2000JCli...13..550S. doi : 10.1175/1520-0442(2000)013<0550:VOSHEC>2.0.CO;2 . ISSN  1520-0442.
  35. ^ SK Gulev; O. Zolina & S. Grigoriev (2001). "Зимние штормы в Северном полушарии (1958–1999) через Internet Wayback Machine". Climate Dynamics . 17 (10): 795–809. Bibcode :2001ClDy...17..795G. doi :10.1007/s003820000145. S2CID  129364159.
  36. Met Office (2009). Фронтальные депрессии. Архивировано 24.02.2009 на Wayback Machine. Получено 02.03.2009.
  37. ^ «Понимание погоды».
  38. ^ "KNMI - Депрессия".
  39. ^ Бекка Хэтэуэй (2008). "Hadley Cell". University Corporation for Atmospheric Research . Архивировано из оригинала 2012-05-26 . Получено 2009-02-16 .
  40. ^ Национальный центр среднесрочного прогнозирования (2004-10-23). ​​"Глава II Муссон-2004: начало, развитие и особенности циркуляции" (PDF) . Министерство наук о Земле (Индия) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-21 . Получено 2008-05-03 .
  41. ^ Australian Broadcasting Corporation (11.08.1999). "Муссон". Australian Broadcasting Corporation . Получено 03.05.2008 .
  42. ^ Мэри Э. Дэвис и Лонни Г. Томпсон (2005). «Воздействие азиатского муссона на Тибетское плато: данные высокоточного ледяного керна и тропических кораллов». Журнал геофизических исследований . 110 (D4): 1 из 13. Bibcode : 2005JGRD..110.4101D. doi : 10.1029/2004JD004933 .
  43. ВМС США (1998-01-22). "1.2 Схема обтекания поверхности Тихого океана" . Получено 2006-11-26 .
  44. ^ Хобгуд (2008). "Глобальная модель поверхностного давления и ветра". Университет штата Огайо . Архивировано из оригинала 2009-03-18 . Получено 2009-03-08 .
  45. ^ Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория , Отдел исследований ураганов (2023-06-01). "Часто задаваемые вопросы об ураганах - NOAA/AOML". Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Получено 2024-10-09 .
  46. ^ "Изучение ЭНСО" (PDF) . Джеймс Б. Элснер, Кам-Биу Лю . 2003-10-08 . Получено 2007-08-18 .
  47. ^ BWEA (2007). Образование и карьера: Что такое ветер? Архивировано 04.03.2011 в Wayback Machine British Wind Energy Association. Получено 16.02.2009.
  48. ^ ab JetStream (2008). Происхождение ветра. Штаб-квартира Южного региона Национальной метеорологической службы . Получено 16.02.2009.
  49. ^ Нельсон, Стивен (осень 2014 г.). "Тропические циклоны (ураганы)". Ветровые системы: центры низкого давления . Тулейнский университет . Получено 24.12.2016 .
  50. ^ ab "В чем разница между ураганом, циклоном и тайфуном?". ФАКТЫ ОБ ОКЕАНЕ . Национальная океаническая служба . Получено 24.12.2016 .
  51. ^ "СРАВНЕНИЕ И КОНТРАСТ: СРЕДНЕШИРОТНЫЙ ЦИКЛОН И УРАГАН". www.theweatherprediction.com . Получено 24.02.2020 .
  52. ^ «Что такое ураган, тайфун или тропический циклон? | Образование об осадках». pmm.nasa.gov . Получено 24.02.2020 .
  53. ^ Хортон, Дженнифер (20 июля 2009 г.). «Влияет ли вращение Земли на туалеты и бейсбольные матчи?». НАУКА, ПОВСЕДНЕВНЫЕ МИФЫ . HowStuffWorks . Получено 25.12.2016 .
  54. ^ «Всегда ли торнадо закручиваются в одном направлении?». НАУКА — Земля и космос . WONDEROPOLIS . Получено 25.12.2016 .