Ciclogênese - Cyclogenesis

Esta colagem de imagens de satélite GOES 13 mostra o desenvolvimento de um clima normal ao longo de vários dias.

Ciclogênese é o desenvolvimento ou fortalecimento da circulação ciclônica na atmosfera (uma área de baixa pressão ). Ciclogênese é um termo genérico para pelo menos três processos diferentes, todos os quais resultam no desenvolvimento de algum tipo de ciclone , e em qualquer tamanho, da microescala à escala sinótica .

O processo no qual um ciclone extratropical sofre uma queda rápida da pressão atmosférica (24 milibares ou mais) em um período de 24 horas é denominado ciclogênese explosiva e geralmente está presente durante a formação de um nevoeiro . O equivalente anticiclônico, o processo de formação de áreas de alta pressão , é a anticiclogênese . O oposto da ciclogênese é a ciclólise .

Escalas meteorológicas

Existem quatro escalas principais, ou tamanhos de sistemas, tratados em meteorologia: a macroescala, a escala sinótica, a mesoescala e a microescala. A macroescala lida com sistemas de tamanho global, como a oscilação Madden-Julian . Os sistemas de escala sinótica cobrem uma parte de um continente, como ciclones extratropicais , com dimensões de 1.000–2.500 km (620–1.550 mi) de diâmetro. A mesoescala é a próxima escala menor e muitas vezes é dividida em dois intervalos: fenômenos meso-alfa variam de 200-2.000 km (120-1.240 mi) (o reino do ciclone tropical ), enquanto fenômenos meso-beta variam de 20 –200 km (12–124 mi) de diâmetro (a escala do mesociclone ). A microescala é a menor das escalas meteorológicas, com um tamanho inferior a dois quilômetros (1,2 milhas) (a escala dos tornados e trombas d' água ). Essas dimensões horizontais não são divisões rígidas, mas, em vez disso, refletem tamanhos típicos de fenômenos com certas características dinâmicas. Por exemplo, um sistema não faz necessariamente a transição da meso-alfa para a escala sinótica quando sua extensão horizontal cresce de 2.000 para 2.001 km (1.243 para 1.243 mi).

Ciclones extratropicais

A onda frontal inicial (ou área de baixa pressão) se forma no local do ponto vermelho na imagem. Geralmente é perpendicular (em um ângulo reto) à formação de nuvens em forma de folha (folha baroclínica) vista no satélite durante o estágio inicial da ciclogênese. A localização do eixo do jato de nível superior está em azul claro.

Modelo de ciclone norueguês

Uma rajada de jato de nível superior. As áreas DIV são regiões de divergência no alto, que levarão à convergência da superfície e auxiliarão na ciclogênese.

O modelo de ciclone norueguês é um modelo de formação idealizado de tempestades ciclônicas de núcleo frio desenvolvido por meteorologistas noruegueses durante a Primeira Guerra Mundial . O principal conceito por trás desse modelo, relacionado à ciclogênese, é que os ciclones progridem por uma evolução previsível à medida que sobem um limite frontal, com o ciclone mais maduro perto da extremidade nordeste da frente e o menos maduro perto da extremidade traseira da frente .

Precursores para o desenvolvimento

Um limite frontal preexistente, conforme definido na análise do clima da superfície , é necessário para o desenvolvimento de um ciclone de latitude média. O fluxo ciclônico começa em torno de uma seção perturbada da frente estacionária devido a uma perturbação de nível superior, como uma onda curta ou um vale de nível superior, perto de um quadrante favorável do jato de nível superior. No entanto, as taxas aumentadas de alongamento frontal na troposfera inferior podem suprimir o crescimento de ciclones extratropicais.

Movimento vertical afetando o desenvolvimento

A ciclogênese só pode ocorrer quando a temperatura diminui em direção aos pólos (ao norte, no hemisfério norte) e as linhas de perturbação da pressão se inclinam para o oeste com a altura. A ciclogênese é mais provável de ocorrer em regiões de advecção de vorticidade ciclônica , a jusante de um forte jato oeste. A combinação de advecção de vorticidade e advecção térmica criada pelo gradiente de temperatura e um centro de baixa pressão causa movimento ascendente em torno do baixo. Se o gradiente de temperatura for forte o suficiente, a advecção da temperatura aumentará, gerando mais movimento vertical. Isso aumenta a resistência geral do sistema. As correntes ascendentes de cisalhamento são o fator mais importante na determinação do crescimento ciclônico e da força.

Modos de desenvolvimento

Uma superfície baixa pode ter uma variedade de causas de formação. A topografia pode forçar a formação de uma superfície baixa quando uma onda baroclínica existente se move sobre uma barreira de montanha; isso é conhecido como "ciclogênese lee", uma vez que a baixa se forma no lado sotavento das montanhas. Os sistemas convectivos de mesoescala podem gerar baixos de superfície que são inicialmente núcleos quentes. A perturbação pode crescer em uma formação semelhante a uma onda ao longo da frente e a baixa será posicionada na crista. Em torno da baixa, o fluxo se tornará ciclônico, por definição. Este fluxo rotacional empurrará o ar polar na direção do equador a oeste da baixa por meio de sua frente fria posterior, e o ar mais quente empurrará na direção dos pólos pela frente quente. Normalmente, a frente fria se moverá em um ritmo mais rápido do que a frente quente e "alcançará" isso devido à lenta erosão da massa de ar de maior densidade localizada à frente do ciclone e a massa de ar de maior densidade varrendo atrás do ciclone, geralmente resultando em um estreito setor quente. Neste ponto, uma ocluso da frente formas em que a massa de ar quente é empurrado para cima, para uma calha de ar quente no alto, o qual também é conhecido como um trowal (um tro urg de w ar braço al oft). Todas as áreas de baixa pressão em desenvolvimento compartilham um aspecto importante, o do movimento vertical ascendente dentro da troposfera. Esses movimentos ascendentes diminuem a massa das colunas atmosféricas locais de ar, que diminuem a pressão superficial.

Maturidade

A maturidade ocorre após o tempo de oclusão, quando a tempestade se fortalece e o fluxo ciclônico atinge seu ponto máximo. Posteriormente, a força da tempestade diminui à medida que o ciclone se acopla com a depressão do nível superior ou com o nível inferior do nível superior, tornando-se cada vez mais o núcleo frio. O spin-down dos ciclones, também conhecido como ciclólise, pode ser entendido do ponto de vista energético. Conforme ocorre a oclusão e a massa de ar quente é empurrada para cima sobre uma massa de ar frio, a atmosfera torna-se cada vez mais estável e o centro de gravidade do sistema diminui. À medida que o processo de oclusão se estende mais para baixo na frente quente e para longe da baixa central, mais e mais da energia potencial disponível do sistema é exaurida. Este dissipador de energia potencial cria uma fonte de energia cinética que injeta uma explosão final de energia nos movimentos da tempestade. Depois que esse processo ocorre, o período de crescimento do ciclone, ou ciclogênese, termina e a baixa começa a girar para baixo (encher) à medida que mais ar está convergindo para a parte inferior do ciclone do que sendo removido do topo desde a divergência de nível superior diminuiu.

Ocasionalmente, a ciclogênese ocorrerá novamente com ciclones ocluídos. Quando isso acontecer, um novo centro baixo se formará no ponto triplo (o ponto onde a frente fria, a frente quente e a frente ocluída se encontram). Durante a ciclogênese de ponto triplo, a baixa-mãe ocluída será preenchida à medida que a baixa secundária se aprofunda no principal causador do clima.

Ciclones tropicais

Os ciclones tropicais existem dentro de um domínio alfa de mesoescala. Ao contrário da ciclogênese de latitude média, a ciclogênese tropical é impulsionada por forte convecção organizada em um núcleo central sem zonas baroclínicas , ou frentes, estendendo-se até seu centro. Embora a formação de ciclones tropicais seja o tópico de extensas pesquisas em andamento e ainda não seja totalmente compreendida, existem seis requisitos principais para a ciclogênese tropical: temperaturas da superfície do mar que são quentes o suficiente, instabilidade atmosférica, alta umidade em níveis inferiores a médios da troposfera , força de Coriolis suficiente para desenvolver um centro de baixa pressão, um foco ou perturbação de baixo nível pré-existente e baixo cisalhamento vertical do vento . Esses ciclones de núcleo quente tendem a se formar sobre os oceanos entre 10 e 30 graus do equador.

Mesociclones

Os mesociclones variam em tamanho de beta de mesoescala a microescala. O termo mesociclone é geralmente reservado para rotações de nível médio dentro de tempestades severas e são ciclones de núcleo quente impulsionados pelo calor latente de sua atividade de tempestade associada.

Os tornados se formam no setor quente dos ciclones extratropicais, onde existe uma forte corrente de jato de nível superior. Acredita-se que os mesociclones se formem quando fortes mudanças na velocidade e / ou direção do vento com a altura (" cisalhamento do vento ") colocam partes da parte inferior da atmosfera girando em rolos invisíveis em forma de tubo. A corrente ascendente convectiva de uma tempestade é então pensada para puxar esse ar giratório, inclinando a orientação dos rolos para cima (de paralelo ao solo para perpendicular) e fazendo com que toda a corrente ascendente gire como uma coluna vertical.

À medida que a corrente ascendente gira, ela pode formar o que é conhecido como nuvem de parede. A nuvem da parede é uma camada giratória de nuvens que desce do mesociclone. A nuvem de parede tende a se formar mais perto do centro do mesociclone. As nuvens de parede não precisam necessariamente de um mesociclone para se formar e nem sempre giram. Conforme a nuvem de parede desce, uma nuvem em forma de funil pode se formar em seu centro. Este é o primeiro estágio da formação do tornado. Acredita-se que a presença de um mesociclone seja um fator chave na formação de fortes tornados associados a fortes tempestades.

Tornados

Os tornados existem na microescala ou na extremidade inferior do domínio gama da mesoescala. O ciclo começa quando uma forte tempestade desenvolve um mesociclone rotativo alguns quilômetros acima na atmosfera, tornando-se uma supercélula. Conforme as chuvas aumentam, a tempestade arrasta com ela uma área de ar descendente rápida, conhecida como downdraft do flanco traseiro (RFD). Este fluxo descendente acelera conforme se aproxima do solo e arrasta o mesociclone em rotação em direção ao solo com ele.

À medida que o mesociclone se aproxima do solo, um funil de condensação visível parece descer da base da tempestade, geralmente de uma nuvem de parede em rotação. Conforme o funil desce, o RFD também atinge o solo, criando uma frente de rajada que pode causar danos a uma boa distância do tornado. Normalmente, a nuvem em funil começa a causar danos no solo (tornando-se um tornado) minutos após o RFD atingir o solo.

Trombas d'água

As trombas d'água existem em microescala. Embora algumas trombas d'água sejam fortes (tornádicas) como suas contrapartes terrestres, a maioria é muito mais fraca e causada por diferentes dinâmicas atmosféricas. Eles normalmente se desenvolvem em ambientes carregados de umidade com pouco cisalhamento vertical do vento ao longo de linhas de convergência, como brisas terrestres , linhas de convergência friccional de massas de terra próximas ou depressões superficiais. Sua nuvem-mãe pode ser tão inócua quanto um cúmulo moderado ou tão significativa quanto uma tempestade . As trombas-d'água normalmente se desenvolvem quando suas nuvens-mãe estão em processo de desenvolvimento, e teoriza-se que elas giram para cima à medida que sobem os limites da superfície do cisalhamento do vento horizontal perto da superfície e, em seguida, esticam-se para cima até a nuvem, uma vez que o cisalhamento de baixo nível vórtice se alinha com um cúmulos ou tempestade em desenvolvimento. Tornados fracos, conhecidos como trombas de terra, em todo o leste do Colorado se desenvolveram de maneira semelhante. Um surto ocorreu nos Grandes Lagos no final de setembro e início de outubro de 2003 ao longo de uma faixa de efeito lago. Setembro é o mês de pico de ocorrência de tromba d'água e tromba d'água ao redor da Flórida e de ocorrência de tromba d'água ao redor dos Grandes Lagos .

Termos relacionados

A ciclogênese é o oposto da ciclólise, que se refere ao enfraquecimento dos ciclones de superfície. O termo tem um anticiclônico (sistema de alta pressão) equivalente - Anticiclogênese , que trata da formação de sistemas de superfície de alta pressão.

Veja também

Notas

Referências