|
|
|
Cyclogenese is de ontwikkeling of versterking van de cyclonale circulatie in de atmosfeer (een lagedrukgebied). Cyclogenese is een overkoepelende term voor ten minste drie verschillende processen, die allemaal resulteren in de ontwikkeling van een soort cycloon,
en dat in elke omvang, van microschaal tot synoptische schaal. |
| |
- Tropische cyclonen ontstaan als gevolg van latente hitte, veroorzaakt door aanzienlijke
onweersbuien, waardoor een warme kern ontstaat |
- Extratropische cyclonen vormen zich als golven langs weersfronten voordat ze later in
hun levenscyclus afsluiten als koude kerncyclonen. |
- Mesocyclonen vormen zich als cyclonen met warme kern boven land en kunnen tot
tornadovorming leiden. Waterhozen kunnen ook ontstaan uit mesocyclonen, maar
ontwikkelen zich vaker uit omgevingen met hoge instabiliteit en lage verticale windschering. |
| |
| Het proces waarbij een extratropische cycloon een snelle daling van de atmosferische druk van 24 millibar of meer in een periode van 24 uur ondergaat, wordt explosieve cyclogenese genoemd en is meestal aanwezig tijdens de vorming van een nor'easter. Op dezelfde manier kan een tropische cycloon een snelle intensivering ondergaan |
| |
| Het anticyclonale equivalent, het proces van vorming van hogedrukgebieden, is anticyclogenese. Het tegenovergestelde van cyclogenese is cyclolyse |
|
|
 |
| Deze collage van GOES 13-satellietbeelden toont de ontwikkeling van een nor'easter gedurende twee dagen |
|
Er zijn vier hoofdschalen, of groottes van systemen, die in de meteorologie worden behandeld: de macroschaal, de synoptische schaal,
de mesoschaal en de microschaal |
| |
| - De macroschaal heeft betrekking op systemen met een wereldwijde omvang, zoals de Madden-Julian oscillatie. |
| - Synoptische schaalsystemen bestrijken een deel van een continent, zoals extratropische cyclonen, met afmetingen van 1.000-2.500 km breed. |
- De mesoschaal is de volgende kleinere schaal en wordt vaak verdeeld in twee bereiken: meso-alfa-verschijnselen variëren van 200-2.000 km
breed (het gebied van de tropische cycloon), terwijl meso-bèta-verschijnselen variëren van 20-200 km breed (de schaal van de mesocycloon). |
- De microschaal is de kleinste van de meteorologische schalen, met een omvang van minder dan twee kilometer (de schaal van tornado's
en waterhozen). Deze horizontale dimensies zijn geen rigide indelingen, maar weerspiegelen in plaats daarvan de typische omvang van
verschijnselen met bepaalde dynamische kenmerken. Een systeem gaat bijvoorbeeld niet noodzakelijkerwijs over van meso-alfa naar synoptische
schaal wanneer de horizontale omvang groeit van 2.000 tot 2.001 km. |
| |
| |
| Noors cycloonmodel |
Het Noorse cycloonmodel is een geïdealiseerd formatiemodel van koude-kern cyclonische stormen, ontwikkeld door Noorse meteorologen tijdens
de Eerste Wereldoorlog. Het hoofdconcept achter dit model, met betrekking tot cyclogenese, is dat cyclonen een voorspelbare evolutie doorlopen terwijl ze een frontale grens opgaan, met de meest volwassen cycloon nabij het noordoostelijke uiteinde van het front en de minst volwassen nabij het uiteinde van het front. |
 |
| Afbeelding-1 |
|
|
 |
| Afbeelding-2 |
|
| |
1: De eerste frontale golf (of lagedrukgebied) vormt zich op de locatie van de rode stip op de afbeelding. Deze staat meestal loodrecht in een rechte
hoek op de bladachtige wolkformatie (baroklinisch blad) die op de satelliet te zien is tijdens de vroege fase van de cyclogenese. De locatie van
de as van de straalstroom op hoger niveau is lichtblauw. |
2: Een straalstroom op een hoger niveau. DIV-gebieden zijn gebieden van divergentie in de lucht, wat zal leiden tot convergentie van het oppervlak
en de cyclogenese zal bevorderen. |
| |
| Voorlopers van ontwikkeling |
Een reeds bestaande frontale grens, zoals gedefinieerd in oppervlakteweeranalyse, is vereist voor de ontwikkeling van een cycloon op gemiddelde breedtegraden. De cyclonische stroming begint rond een verstoord gedeelte van het stationaire front als gevolg van een verstoring op een hoger niveau, zoals een korte golf of een trog op een hoger niveau, in de buurt van een gunstig kwadrant van de straalstroom op een hoger niveau.
Echter, verhoogde langs-frontale reksnelheden in de lagere troposfeer kunnen de groei van extratropische cyclonen onderdrukken. |
| |
| Verticale beweging beïnvloedt ontwikkeling |
Cyclogenese kan alleen optreden als de temperatuur naar de polen (naar het noorden, op het noordelijk halfrond) afneemt en drukverstoringslijnen naar het westen kantelen met de hoogte. Cyclogenese treedt het meest waarschijnlijk op in gebieden met cyclonische vorticiteitsadvectie, stroomafwaarts van een sterke westelijke straalstroom. De combinatie van vorticiteitsadvectie en thermische advectie die wordt gecreëerd door de temperatuurgradiënt en een lagedrukcentrum, veroorzaakt opwaartse beweging rond de lagedruk.[a] Als de temperatuurgradiënt sterk genoeg is,
zal de temperatuuradvectie toenemen, wat meer verticale beweging veroorzaakt. Dit verhoogt de algehele sterkte van het systeem.
Schuifsgewijze opwaartse luchtstromen[b] zijn de belangrijkste factor bij het bepalen van cyclonische groei en sterkte.[ |
| |
| Ontwikkelingswijzen |
Een oppervlaktelaag kan verschillende oorzaken hebben voor de vorming ervan. Topografie kan een oppervlaktelaag dwingen om te vormen
wanneer een bestaande baroklinische golf over een bergbarrière beweegt; dit staat bekend als "lee cyclogenesis" omdat de laag zich vormt aan de lijzijde van de bergen. Mesoschaal convectieve systemen kunnen oppervlaktelaagten voortbrengen die aanvankelijk een warme kern hebben.
De verstoring kan uitgroeien tot een golfachtige formatie langs het front en de laag zal zich op de top bevinden. Rond de laag zal de stroming per definitie cyclonisch worden. Deze rotatiestroming zal polaire lucht via het koufront naar de evenaar ten westen van de laag duwen, en warmere lucht zal via het warme front de poolwaartse laag duwen. Meestal zal het koufront sneller bewegen dan het warme front en het "inhalen" vanwege de langzame erosie van luchtmassa met een hogere dichtheid die zich vóór de cycloon bevindt en de luchtmassa met een hogere dichtheid die achter
de cycloon binnenveert, wat meestal resulteert in een smallere warme sector. Op dit punt vormt zich een occlusiefront waar de warme luchtmassa omhoog wordt geduwd in een trog van warme lucht in de lucht, die ook bekend staat als een trowal (een trog van warme lucht in de lucht). Alle zich ontwikkelende lagedrukgebieden delen één belangrijk aspect, namelijk de opwaartse verticale beweging binnen de troposfeer. Zulke opwaartse bewegingen verminderen de massa van lokale atmosferische luchtkolommen, wat de oppervlaktedruk verlaagt. |
| |
| Volwassenheid |
Volwassenheid is na de tijd van occlusie, wanneer de storm volledig is versterkt en de cyclonische stroming het meest intens is. Daarna neemt de kracht van de storm af naarmate de cycloon samenkomt met de trog of het lagedrukgebied op de bovenste laag, waardoor de kern steeds kouder wordt. De spin-down van cyclonen, ook bekend als cyclolyse, kan worden begrepen vanuit een energetisch perspectief. Naarmate occlusie optreedt en de warme luchtmassa omhoog wordt geduwd over een koude luchtmassa, wordt de atmosfeer steeds stabieler en daalt het zwaartepunt van
het systeem. Naarmate het occlusieproces zich verder naar beneden over het warme front en weg van het centrale lagedrukgebied uitstrekt, wordt steeds meer van de beschikbare potentiële energie van het systeem uitgeput. Deze potentiële energieput creëert een kinetische energiebron die een laatste energie-uitbarsting in de bewegingen van de storm injecteert. Nadat dit proces plaatsvindt, eindigt de groeiperiode van de cycloon, of cyclogenese, en begint de lagedruk te draaien (vullen) omdat er meer lucht in de bodem van de cycloon samenkomt dan er uit de bovenkant wordt verwijderd, aangezien de divergentie op hogere niveaus is afgenomen. |
| |
| Af en toe treedt cyclogenese opnieuw op met afgesloten cyclonen. Wanneer dit gebeurt, vormt zich een nieuw lagedrukcentrum op het drievoudige punt (het punt waar het koufront, het warme front en het afgesloten front elkaar ontmoeten). Tijdens de drievoudige puntcyclogenese vult de afgesloten ouderlagedruk zich terwijl de secundaire lagedruk zich verdiept in de belangrijkste weermaker. |
| |
 |
| Afbeelding-3 |
|
|
 |
| Afbeelding-4 |
|
|
 |
| Afbeelding-5 |
|
| |
| 3: Op deze afbeelding zijn een dicht wolkenpatroon en een boogvormige convectieband te zien, wat duidt op een jonge, zich ontwikkelende cycloon. |
| 4: Het diffuse wolkenpatroon op deze afbeelding geeft aan dat een oud lagedrukgebied cyclolyse ondergaat. |
| 5: Deze afbeelding illustreert de relatieve posities van twee stormsystemen boven de noordoostelijke Stille Oceaan |
| |
| |
| Tropische cyclonen bestaan binnen een mesoschaal alfa-domein. In tegenstelling tot cyclogenese op gemiddelde breedtegraden, wordt tropische cyclogenese aangestuurd door sterke convectie die georganiseerd is in een centrale kern zonder baroklinische zones of fronten die zich door hun centrum uitstrekken. Hoewel de vorming van tropische cyclonen het onderwerp is van uitgebreid lopend onderzoek en nog steeds niet volledig wordt begrepen, zijn er zes hoofdvereisten voor tropische cyclogenese: zeeoppervlaktetemperaturen die warm genoeg zijn, atmosferische instabiliteit, hoge luchtvochtigheid in lagere tot middelste niveaus van de troposfeer, voldoende Corioliskracht om een lagedrukgebied te ontwikkelen, een reeds bestaande focus of verstoring op laag niveau en lage verticale windschering. Deze warme kerncyclonen vormen zich meestal boven de oceanen tussen 10 en 30 graden van de evenaar. |
| |
| Mesocyclonen |
| |
| Mesocyclonen variëren in grootte van mesoschaal bèta tot microschaal. De term mesocycloon wordt gewoonlijk gereserveerd voor rotaties op middelhoge hoogte binnen zware onweersbuien, en zijn warme kerncyclonen die worden aangestuurd door latente warmte van de bijbehorende onweersactiviteit. |
| |
| Tornado's vormen zich in de warme sector van extratropische cyclonen waar een sterke straalstroom op hogere hoogte bestaat. Men denkt dat mesocyclonen ontstaan wanneer sterke veranderingen in windsnelheid en/of -richting met hoogte ("windshear") delen van het onderste deel van de atmosfeer in onzichtbare buisvormige rollen laten draaien. Men denkt dat de convectieve opwaartse luchtstroom van een onweersbui deze draaiende lucht omhoog trekt, waardoor de oriëntatie van de rollen omhoog kantelt (van parallel aan de grond naar loodrecht) en de hele opwaartse luchtstroom als een verticale kolom roteert |
| |
| Terwijl de opwaartse luchtstroom roteert, kan deze een zogenaamde muurwolk vormen. De muurwolk is een draaiende laag wolken die afdaalt van de mesocycloon. De muurwolk heeft de neiging zich dichter bij het centrum van de mesocycloon te vormen. De muurwolken hebben niet per se een mesocycloon nodig om zich te vormen en roteren niet altijd. Terwijl de muurwolk daalt, kan zich in het centrum een trechtervormige wolk vormen. Dit is de eerste fase van tornadovorming. Men denkt dat de aanwezigheid van een mesocycloon een sleutelfactor is bij de vorming van de sterke tornado's die gepaard gaan met zware onweersbuien. |
| |
 |
| Afbeelding-3 |
|
|
 |
| Afbeelding-4 |
|
|
 |
| Afbeelding-5 |
|
| |
| 3: Verticale windschering (rood) zorgt voor het ronddraaien van de lucht (groen). |
| 4: De opstijgende luchtstroom (blauw) zorgt ervoor dat de ronddraaiende lucht omhoog kantelt. |
| 5: Vervolgens begint de opstijgende luchtstroom te roteren. |
| |
| Tornado's |
| |
| Tornado's bestaan op de microschaal of lage kant van het mesoschaal gammadomein. De cyclus begint wanneer een sterke onweersbui een roterende mesocycloon ontwikkelt op een paar kilometer hoogte in de atmosfeer, die een supercel wordt. Naarmate de regenval in de storm toeneemt, sleept deze een gebied met snel dalende lucht mee, bekend als de achterste flank downdraft (RFD). Deze downdraft versnelt naarmate deze de grond nadert en sleept de roterende mesocycloon mee naar de grond. |
| |
| Terwijl de mesocycloon de grond nadert, lijkt een zichtbare condensatietrechter neer te dalen vanaf de basis van de storm, vaak vanuit een roterende muurwolk. Terwijl de trechter daalt, bereikt de RFD ook de grond, waardoor een windvlaagfront ontstaat dat schade kan veroorzaken op een behoorlijke afstand van de tornado. Meestal begint de trechterwolk schade aan de grond te veroorzaken (en een tornado te worden) binnen enkele minuten nadat de RFD de grond heeft bereikt. |
| |
| |
Waterhozen bestaan op microschaal. Hoewel sommige waterhozen sterk (tornadisch) zijn, net als hun landgebonden tegenhangers, zijn de meeste veel zwakker en worden ze veroorzaakt door verschillende atmosferische dynamieken. Ze ontwikkelen zich normaal gesproken in vochtige omgevingen met weinig verticale windschering langs convergentielijnen, zoals landbriesjes, wrijvingsconvergentielijnen van nabijgelegen landmassa's of oppervlaktetroggen. Hun moederwolk kan zo onschadelijk zijn als een matige cumulus, of zo significant als een onweersbui. Waterhozen ontwikkelen zich normaal gesproken terwijl hun moederwolken zich ontwikkelen, en er wordt aangenomen dat ze omhoog draaien terwijl ze omhoog bewegen langs de oppervlaktegrens vanaf de horizontale windschering nabij het oppervlak, en zich vervolgens omhoog strekken naar de wolk zodra de lage schuifwerveling zich uitlijnt met een ontwikkelende cumulus of onweersbui. Zwakke tornado's, bekend als landhozen, in het oosten van Colorado zijn op een vergelijkbare manier waargenomen. Eind september en begin oktober 2003 vond er een uitbraak plaats in de
Grote Meren langs een band van het mereneffect. September is de piekmaand voor het voorkomen van landhozen en waterhozen rond Florida en voor het voorkomen van waterhozen rond de Grote Meren. |
| |
|
|
|
|
|
|
