Область низкого давления -Low-pressure area

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

В метеорологии область низкого давления , низкая область или низкий уровень — это область, где атмосферное давление ниже, чем в окружающих местах. Области низкого давления обычно связаны с ненастной погодой (например, облачной, ветреной, с возможным дождем или штормом), а области высокого давления связаны с более слабым ветром и ясным небом. Ветры вращаются против часовой стрелки вокруг минимумов в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии из-за противодействующих сил Кориолиса . Системы низкого давления формируются под зонами дивергенции ветра, возникающими в верхних слоях атмосферы ( на высоте). Процесс формирования области низкого давления известен как циклогенез . В метеорологии атмосферное расхождение вверху происходит в двух местах:

Расходящиеся ветры наверху, перед этими впадинами, вызывают атмосферный подъем в тропосфере внизу , когда воздух течет вверх от поверхности, что снижает приземное давление, поскольку это восходящее движение частично противодействует силе гравитации, сжимающей воздух близко к земле.

Термические минимумы формируются из-за локализованного нагрева, вызванного большим падением солнца на пустыни и другие массивы суши. Поскольку локализованные области теплого воздуха менее плотны, чем их окружение, этот более теплый воздух поднимается вверх, что снижает атмосферное давление вблизи этой части поверхности Земли . Крупномасштабные термические минимумы над континентами способствуют муссонной циркуляции. Области пониженного давления могут образовываться и из-за организованной грозовой деятельности над теплой водой. Когда это происходит над тропиками совместно с зоной межтропической конвергенции , это известно как впадина муссонов . Муссонные желоба достигают своей северной протяженности в августе и южной протяженности в феврале. Когда конвективный циклон приобретает в тропиках хорошо горячую циркуляцию, его называют тропическим циклоном . Тропические циклоны могут образовываться в течение любого месяца года во всем мире, но могут возникать как в северном, так и в южном полушарии в декабре.

Атмосферный подъем также обычно создает облачный покров за счет адиабатического охлаждения , когда температура воздуха падает ниже точки росы по мере ее подъема, облачное небо, типичное для областей с низким давлением, смягчает экстремальные суточные температуры . Поскольку облака отражают солнечный свет , поступающая коротковолновая солнечная радиация уменьшается, что вызывает более низкие температуры в течение дня. Ночью поглощающий эффект облаков на исходящее длинноволновое излучение , например, тепловую энергию с поверхности, обеспечивает более теплые ночные минимумы в любое время года. Чем сильнее область низкого давления, тем сильнее ветры 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. Циклогенез противоположен циклолизу и имеет антициклонический эквивалент (система высокого давления), который связан с образованием областей высокого давленияантициклогенез . Циклогенез — это общий термин для нескольких различных процессов, каждый из которых приводит к развитию своего рода циклона . Метеорологи используют термин «циклон», когда круговые системы давления текут в направлении вращения Земли, которое обычно совпадает с областями низкого давления. Крупнейшими системами низкого давления являются полярные циклоны с холодным ядром и внетропические циклоны, которые лежат на синоптическом масштабе . Циклоны с теплым ядром, такие как тропические циклоны, мезоциклоны и полярные циклоны , лежат в пределах меньшего мезомасштаба . Субтропические циклоны имеют средние размеры. Циклогенез может происходить в различных масштабах, от микромасштаба до синоптического масштаба. Впадины большего масштаба, также называемые волнами Россби, имеют синоптический масштаб. Коротковолновые впадины, встроенные в поток вокруг более крупных впадин, имеют меньший масштаб или мезомасштабный характер. Как волны Россби, так и короткие волны, встроенные в обтекание волн Россби, мигрируют к экватору от полярных циклонов , расположенных как в северном, так и в южном полушариях. Всех объединяет один важный аспект — восходящее вертикальное движение в тропосфере. Такие восходящие движения уменьшают массу местных атмосферных столбов воздуха, что снижает приземное давление.

Внетропические циклоны формируются в виде волн вдоль атмосферных фронтов из-за прохождения коротковолновой полосы наверху или струйной полосы на верхнем уровне, прежде чем поглощаться позже в своем жизненном цикле в виде циклонов с холодным ядром. Полярные депрессии — это мелкомасштабные, недолговечные атмосферные системы низкого давления, которые возникают над районами океана к полюсу от главного полярного фронта как в Северном, так и в Южном полушариях. Они являются частью более крупного класса мезомасштабных погодных систем. Полярные депрессии бывает трудно обнаружить с помощью обычных сводок погоды, и они представляют опасность для операций в высоких широтах, таких как судоходство и морские платформы . Это мощные системы с приповерхностным ветром не менее 17 метров в секунду (38 миль в час).

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

Тропические циклоны образуются из-за скрытого тепла, вызываемого значительной грозовой активностью, и имеют теплое ядро ​​​​с четко определенной циркуляцией. Для их формирования необходимо соответствие определенным критериям. В большинстве ситуаций температура воды не менее 26,5 ° C (79,7 ° F) необходима на глубине не менее 50 м (160 футов); воды этой температуры делают вышележащую атмосферу достаточно нестабильной, чтобы поддерживать конвекцию и грозы. Еще одним фактором является быстрое охлаждение с высотой, что позволяет высвобождать тепло конденсации , питающее тропический циклон. Необходима высокая влажность, особенно в нижней и средней тропосфере ; когда в атмосфере много влаги, условия для развития возмущений более благоприятны. Необходим небольшой сдвиг ветра , поскольку сильный сдвиг нарушает циркуляцию шторма. Наконец, формирующийся тропический циклон нуждается в существовавшей ранее системе возмущенной погоды, хотя без циркуляции никакого циклонического развития не произойдет. Мезоциклоны формируются как циклоны с теплым ядром над сушей и могут привести к образованию торнадо. Водяные смерчи также могут образовываться из мезоциклонов, но чаще возникают в условиях высокой нестабильности и низкого вертикального сдвига ветра .

В пустынях недостаток почвенной и растительной влаги, которая обычно обеспечивала бы 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 . Муссонные циркуляции вызваны тепловыми минимумами, которые формируются на больших участках земли, и их сила обусловлена ​​тем, что земля нагревается быстрее, чем окружающий близлежащий океан. Это создает устойчивый ветер, дующий к земле, переносящий с собой влажный приповерхностный воздух над океанами. Подобные осадки вызываются влажным океаническим воздухом, поднимаемым вверх горами , нагревом поверхности, конвергенцией на поверхности, дивергенцией наверху или штормовыми оттоками на поверхности. Однако при подъеме воздух охлаждается за счет расширения при более низком давлении, что, в свою очередь, приводит к образованию конденсата . Зимой суша быстро остывает, но океан дольше сохраняет тепло из-за более высокой удельной теплоемкости. Горячий воздух над океаном поднимается вверх, создавая область низкого давления и бриз с суши в океан, в то время как над сушей образуется большая область осушенного высокого давления, усиленного зимним охлаждением. Муссоны напоминают морские и сухопутные бризы , термины, обычно относящиеся к локализованному суточному (суточному) циклу циркуляции вблизи береговых линий повсюду, но они гораздо крупнее по масштабу, а также более сильные и сезонные.

Климатология

Средние широты и субтропики

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

Крупные полярные циклоны помогают определять направления систем, движущихся через средние широты, к югу от Арктики и к северу от Антарктики . Арктическое колебание представляет собой индекс, используемый для измерения величины этого эффекта в Северном полушарии. Внетропические циклоны, как правило, формируются к востоку от климатологических желобов наверху у восточного побережья континентов или западной стороны океанов. Изучение внетропических циклонов в Южном полушарии показывает, что между 30-й и 70-й параллелями существует в среднем 37 циклонов в течение любого 6-часового периода. Отдельное исследование в Северном полушарии предполагает, что каждую зиму образуется около 234 значительных внетропических циклонов. В Европе, особенно в Соединенном Королевстве и Нидерландах, повторяющиеся внетропические погодные системы низкого давления обычно известны как депрессии. Они, как правило, приносят влажную погоду в течение всего года. Температурные минимумы также происходят летом над континентальными районами субтропиков, такими как пустыня Сонора , Мексиканское плато , Сахара , Южная Америка и Юго-Восточная Азия. Низины чаще всего расположены над Тибетским плато и с подветренной стороны Скалистых гор.

Муссонный желоб

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

Удлиненные области низкого давления образуются в муссонном желобе или внутритропической зоне конвергенции как часть циркуляции клеток Хэдли . Впадина муссонов в западной части Тихого океана достигает своего апогея по широте в конце лета, когда зимняя поверхностная гряда в противоположном полушарии наиболее сильна. 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 атмосферного давления над самой теплой частью различных континентов. Крупномасштабные термические минимумы над континентами помогают создавать градиенты давления, которые вызывают муссонные циркуляции. В южном полушарии впадина муссонов, связанная с австралийским муссоном, достигает своей самой южной широты в феврале и ориентирована по оси запад-северо-запад / восток-юго-восток. Многие тропические леса мира связаны с этими климатологическими системами низкого давления.

Тропический циклон

Инфракрасное изображение мощного циклона Меги в северном полушарии с максимальной интенсивностью.

Тропические циклоны обычно должны образовываться на расстоянии более 555 км (345 миль) или к полюсу от 5-й параллели к северу и 5-й параллели к югу , что позволяет эффекту Кориолиса отклонять ветры, дующие к центру низкого давления, и создавать циркуляцию. Во всем мире пик активности тропических циклонов приходится на конец лета, когда разница между температурой наверху и температурой поверхности моря является наибольшей. Однако для каждого конкретного бассейна характерны свои сезонные закономерности. В мировом масштабе май — наименее активный месяц, а сентябрь — самый активный месяц. Ноябрь — единственный месяц, когда возможна активность во всех бассейнах тропических циклонов. Почти одна треть мировых тропических циклонов формируется в западной части Тихого океана, что делает его самым активным бассейном тропических циклонов на Земле .

Связанная погода

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

Ветер сначала ускоряется из областей высокого давления в области низкого давления. Это происходит из-за различий в плотности (или температуре и влажности) между двумя воздушными массами . Поскольку более сильные системы высокого давления содержат более холодный или сухой воздух, воздушная масса более плотная и течет к теплым или влажным областям, которые находятся вблизи областей низкого давления перед связанными с ними холодными фронтами . Чем сильнее перепад давления или градиент давления между системой высокого давления и системой низкого давления, тем сильнее ветер. Таким образом, более сильные области низкого давления связаны с более сильными ветрами.

Сила Кориолиса , вызванная вращением Земли , придает ветрам вокруг областей с низким давлением (например, при ураганах , циклонах и тайфунах ) их циркуляцию против часовой стрелки (против часовой стрелки) в северном полушарии (поскольку ветер движется внутрь и отклоняется вправо от центра повышенного давления) и циркуляция по часовой стрелке в южном полушарии (поскольку ветер движется внутрь и отклоняется влево от центра повышенного давления). Тропический циклон отличается от урагана или тайфуна только географическим положением. Обратите внимание, что тропический циклон принципиально отличается от циклона средних широт. Ураган — это шторм , возникающий в Атлантическом океане и северо-восточной части Тихого океана , тайфун — в северо-западной части Тихого океана, а тропический циклон в южной части Тихого или Индийского океана . Трение о землю замедляет ветер, идущий в системы с низким давлением, и заставляет ветер течь больше внутрь или течь более агеострофически , к их центрам. Торнадо часто слишком малы и имеют слишком короткую продолжительность, чтобы на них могла влиять сила Кориолиса, но они могут подвергаться такому влиянию, когда возникают из системы низкого давления.

Смотрите также

Рекомендации