Syklogenese

Syklogenese er utviklingen eller forsterkningen av syklonisk sirkulasjon i atmosfæren. Vanligvis blir uttrykket brukt om ekstratropiske sykloner som blir drevet av divergens i høyden i områder med store temperaturforskjeller og stort vertikalt vindskjær. Syklogenese i sammenheng med tropiske sykloner er fullstendig annerledes enn prosessene som skaper ekstratropiske sykloner, siden de tropiske syklonene blir drevet av kraftig konveksjon i ikke-barokline soner. Tropiske sykloner oppstår i baroptrope omgivelser uten vertikale vindskjær. Syklogenese på midlere breddegrader fører til sykloner med kald kjerne, mens syklonene som oppstår i tropene har varm kjerne.

Meteorologisk skala

Det finnes fire hovedskalaer eller størrelser på systemer i meteorologien: Planetær skala, synoptisk skala, mesoskala og mikroskala. Den planetære skalaen omhandler systemer som dekker hele jordkloden. Synoptisk skala tar for seg systemer som kan dekke deler av et kontinent, slik som ekstratropiske sykloner, med dimensjoner på 1000–2500 km i diameter. Mesoskala alfa er litt mindre og dekker områder på 200–2000 km, mens mesoskala beta er enda mindre med 10–200 km. Mikroskala er den minste av de meteorologiske skalaene.

Den norske syklonmodellen

En idealisert modell av hvordan sykloner med kald kjerne oppstår, ble utviklet av den norske meteorologen Vilhelm Bjerknes og Bergensskolen innen meteorologi under første verdenskrig. Den modellen blir vanligvis kalt for «den norske syklonmodellen». Modellens hovedkonsept er at sykloner blir utviklet på værfronter (som polarfronten) med de mest utviklede syklonene i den nordøstlige enden av fronten og de nyeste syklonene i den sørvestlige delen.

Grunnlag for utviklingen

For å få utviklet en syklon (lavtrykk) på midlere breddegrader, må det i utgangspunktet eksistere en temperaturfront. Den sykloniske utviklingen begynner med at det oppstår en forstyrrelse (eller bølge) på fronten. Forstyrrelsen starter i høyden i gunstige områder av jetstrømmen.

Forskjellige utviklinger

Et lavtrykk på bakken kan oppstå på flere måter. Topografi kan tvinge frem et lavtrykk ved overflaten når et høytrykkssystem stopper opp øst for en nord-sør orientert fjellkjede. Mesoskala konvektive systemer kan danne lavtrykk ved overflaten som i utgangspunktet har varm kjerne. Forstyrrelsen kan vokse til en bølge på en front og rundt lavtrykket vil det per definisjon oppstå en syklonisk luftstrøm. Denne rotasjonen vil føre kald polarluft mot ekvator vest for lavtrykket i sammenheng med kaldfronten, og varmere luft mot polene øst for lavtrykket i sammenheng med varmfronten. Vanligvis vil kaldfronten flytte seg raskere enn varmfronten, fordi varmfronten har større vanskeligheter for å skubbe vekk kaldluften som ligger foran. Den delen av varmfronten som blir tatt igjen av kaldfronten blir kalt for en okkludert front (okklusjon).

Oppløsning

Det er når okklusjonen oppstår at lavtrykket er fullt utviklet og den sykloniske strømmen er på sitt sterkeste. Etter dette vil lavtrykket sakte svekkes, også kalt for syklolyse. Okklusjonen fører til at den varme luftmassen mellom varm- og kaldfronten blir løftet oppover i høyden, og atmosfærens stabilitet øker samtidig som tyngdepunktet i systemet blir lavere. Når okklusjonen flytter seg lenger og lenger ned langs varmfronten og vekk fra lavtrykkssenteret, blir mer og mer av den tilgjengelige potensielle energien til systemet brukt opp. Den kinetiske energien som oppstår av dette gir lavtrykket en siste energitilførsel. Når denne prosessen oppstår, slutter lavtrykket å utvikle seg videre og blir gradvis løst opp.

Tropiske sykloner

Tropiske sykloner oppstår innenfor mesoskala alfa-området. Selv om dannelsen av tropiske sykloner er noe man fremdeles ikke fullt ut forstår og ennå forsker på, er det seks ulike nødvendige vilkår i tropisk syklogenese. Havtemperaturen må være høy nok, ustabil atmosfære, mye fukt i lave nivåer av troposfæren, nok corioliskraft til å utvikle et lavtrykkssenter, lite vertikalt vindskjær og i tillegg må man i utgangspunktet ha en forstyrrelse i lave nivåer. De tropiske syklonene pleier å oppstå over hav mellom 10 og 30 grader fra ekvator.

Mesosykloner

Mesosykloner kan variere i størrelse fra mesoskala beta til mikroskala. Uttrykket mesoskala blir derimot vanligvis bare brukt om rotasjoner i midlere høyder i kraftige tordenskyer. Man mener at mesosykloner oppstår når man har kraftige vindskjær, der enten vindretningen og/eller vindstyrken endrer seg med høyden, som får områder med tordenskyer til å rotere i en horisontal søyle. Den konvektive vertikale luftstrømmen vippar deretter denne horisontale roterende søylen opp vertikalt, slik at hele oppdriften også begynner å rotere. Når oppdriften roterer kan det dannes et traktformet nedheng fra skybasen. Dette nedhenget er et roterende lag i skyene som synker nedover fra mesosyklonen. Dette er det første stadiet i utviklingen av en tornado. Man mener at mesosykloner er en av hovedfaktorene som må til for å kunne danne tornadoer.

Tornadoer

Tornadoer eksisterer på mikroskala eller den lavere enden av mesoskala beta. Syklusen begynner med at et kraftig tordenvær utvikler en roterende mesosyklon et par kilometer oppe i atmosfæren og blir en supercelle. Når regnet i tordenskyen øker, drar den med seg luft ned mot bakken. Denne synkende luften akselererer når den nærmer seg bakken og drar den roterende mesosyklonen med seg nedover. Når mesosyklonen nærmer seg bakken, kan man se en synlig traktformet sky som synker ned fra skybasen, og når denne har nådd ned til bakken har en tornado oppstått.

Skypumper

Skypumper eksisterer på mikroskala. Noen skypumper er kraftige (tornadiske) som tornadoer på land, men er i de fleste tilfeller svakere og oppstår ved andre dynamiske tilfeller i atmosfæren. De oppstår som regel i fuktige omgivelser med lite vertikalt vindskjær langs linjer med konvergens. Skyene de oppstår fra kan både være små som moderate cumulusskyer til kraftige tordenskyer. Skypumper oppstår som regel når skyene er i utviklingsfasen, og det finnes teorier om at de oppstår når konvektive skyer utvikler seg over et horisontalt vindskjær nær bakken. Vindskjæret fører til en rotasjon nær bakken som så blir dratt opp i skyen av den stigende luftbevegelsen. Man har observert svake tornadoer, kjent som tromber, som har utviklet seg på lignende måte.