Ekstratropisk syklon

En ekstratropisk syklon eller ekstratropisk lavtrykk er det som på de nordlige breddegrader kjennes som et lavtrykk. Dette er et lavtrykk på synoptisk skala som skiller seg fra lavtrykkssystemer som oppstår i tropiske og polare strøk ved at de er knyttet opp til værfronter og horisontale temperaturgradienter i områder kjent som barokline soner.
«Ekstratropisk» betyr her at denne syklontypen oppstår utenfor tropene på midlere breddegrader. I visse tilfeller kan ekstratropiske lavtrykk bli dannet ved at tropiske sykloner flytter seg opp på midlere breddegrader og blir omdannet. Ekstratropiske lavtrykk, sammen med antisykloner (eller høytrykk), utgjør været de fleste steder på jorden.
Selv om ekstratropiske sykloner nesten alltid blir klassifisert som barokline, siden de blir dannet langs temperaturgradienter, kan de av og til bli barotrope sent i livssyklusen når temperaturfordelingen rundt syklonen mer eller mindre blir jevnt fordelt med radiusen.

Dannelse

Ekstratropiske sykloner oppstår hvor som helst innenfor Jordens ekstratropiske områder (vanligvis mellom 30° og 60° nord eller sør for ekvator) ved enten syklogenese eller ekstratropisk omforming. En studie av ekstratropiske sykloner på den sørlige halvkule har vist at det oppstår i snitt 37 ekstratropiske lavtrykk hvert år mellom 30° og 70°.

Syklogenese

Siden ekstratropiske sykloner blir dannet langs temperaturgradienter med betydelig vertikalt vindskjær, blir de klassifisert som barokline sykloner. I utgangspunktet oppstår syklogenese eller dannelse av lavtrykk langs frontsoner nær gunstige områder av jetstrømmen. På grunn av divergens vil det strømme luft ut fra toppen av luftsøylen. Dette fører så til konvergens i de lave nivåene av vindfeltet og økt oppoverrettet luftstrøm. Økt oppoverrettet luftstrøm fører til lavere trykk ved overflaten. Når syklonen blir forsterket, flytter kaldfronten seg mot ekvator med varmfronten foran seg. Den kalde luften som varmfronten presser seg inn i er tyngre enn varmluften, og derfor vanskeligere å forflytte. Derfor flytter varmfronten seg saktere enn kaldfronten, som så vil ta igjen varmfronten. Den delen av varmfronten som blir tatt igjen av kaldfronten blir kalt for en okkludert front, og kjennetegnes ved å ha varm luft i høyden. Til slutt vil syklonen bli barotropisk kald og svekkes. 
Lufttrykket i disse lavtrykkene kan raskt falle ned til under 980 hPa dersom forholdene ligger til rette for det (som i områder med naturlige temperaturgradienter som Golfstrømmen). Jo sterkere divergensen i de øvre nivåene av syklonen er, desto kraftigere kan syklonen bli. Ekstratropiske sykloner med orkanstyrke oppstår oftest i Nord-Atlanteren eller det nordlige Stillehavet i desember og januar. I januar 1989 ble det like øst for Canada dannet et ekstratropisk lavtrykk med trykk helt ned i 928 hPa.

Ekstratropisk omforming

Tropiske sykloner blir ofte omformet til ekstratropiske sykloner når de flytter seg fra tropene til midlere breddegrader, der det er nok krefter i øvre nivå av Vestavindsbeltet til at den ekstratropiske omformingen kan starte. Under den ekstratropiske omformingen vil syklonen begynne å tilte mot kaldere luftmasser i høyden, og syklonens hovedenergikilde blir omformet fra å være frigjort latent varme (fra tordenvær nær senteret) til barokline prosesser. Lavtrykkssystemet mister etterhvert sin varme kjerne og blir et system med kald kjerne. Under denne prosessen vil en syklon knytte seg sammen med fronter eller tråg i nærheten. På grunn av dette vil ofte størrelsen på lavtrykket øke, mens lavtrykkssenteret blir svekket. Senteret kan derimot forsterke seg igjen, avhengig av forholdene i området rundt systemet. Syklonen vil også endre form og bli mindre symmetrisk med tiden. 
I sjeldne tilfeller kan ekstratropiske sykloner bli omformet til tropiske sykloner dersom de går inn over varmere vann og atmosfæren har mindre vertikalt vindskjær. Dette skjer som regel i september og oktober når forskjellen på temperaturen i høyden og havoverflatetemperaturen er størst.

Overflatetrykk/Vindfordeling

Lavtrykkssenteret er definert som det området med lavest trykk. Nær lavtrykkssenteret må trykkgradientkraften og corioliskraften være i en tilnærmet balanse. Dersom de ikke er det, vil syklonen kollapse på grunn av trykkforskjellene mellom senteret og trykket på utsiden av syklonen. Før lavtrykket oppstår er ikke trykket i havnivå særlig lavt. Det gjennomsnittlige trykket i havnivå på Jorden er 1013,2 hPa. Lavtrykk oppstår ofte på en kaldfront, og vanligvis vil delen på framsiden av lavtrykket utvikle seg til en varmfront, og det oppstår en bølge på frontsystemet. Slike bølger på fronten er ofte det første tegnet på at et lavtrykk er i ferd med å utvikles. Syklonen blir sakte sterkere (eller dypere om man vil) hvis kreftene i høyden er svake. I Nordishavet er gjennomsnittlig trykk i en syklon 988 hPa om vinteren og 1000 hPa om sommeren. 
Den kraftigste vinden i ekstratropiske sykloner er normalt på den kalde siden (polsiden) av varmfronter og okklusjoner, i tillegg til like bak kaldfronter. Dette kommer av at disse områdene ofte har den største trykkgradienten. Jo større trykkgradient, desto kraftigere vind.

Rotasjon

Luften strømmer mot klokken rundt store sykloner på den nordlige halvkule og med klokken på den sørlige halvkule. Årsaken til dette kommer av corioliseffekten.

Vertikal struktur

Sykloner på midlere breddegrader heller bakover i de kalde luftmassene med høyden, og kan strekke seg 10 km oppover. Over jordoverflaten er temperaturen i lavtrykksenteret kaldere enn i omgivelsene. Sykloner på midlere breddegrader blir også kalt for «lavtrykk med kald kjerne» på grunn av dette. Ekstratropiske sykloner blir kraftigere med høyden, i motsetning til tropiske sykloner.

Syklonutvikling

Det finnes i dag to modellaer (eller skildringer) av hvordan sykloner utvikler seg – Den norske modellen og Shapiro-Keyser modellen.

Den norske syklonmodellen

Av de to teoriene om ekstratropiske sykloner er den norske syklonmodellen den eldste. Den ble utviklet av Bergensskolen innen meteorologi og Vilhelm Bjerknes i Bergen under første verdenskrig. I denne teorien utvikler sykloner seg når de flytter seg opp og langs frontsoner. Etter hvert blir de okkluderte og ender opp i en del av atmosfæren som er barotropisk kald. Teorien ble utviklet ved bare å se på observasjoner fra værstasjoner på bakken og på skytyper nær frontene. Denne teorien stemmer fremdeles i stor grad over kontinentale landmasser.

Shapiro-Keyser modellen

En annen teori om ekstratropiske sykloner som utvikler seg over hav er Shapiro-Keyser modellen, som ble utviklet i 1990. Hovedforskjellen fra den norske syklonmodellen er oppdelingen av kaldfronten, og at den omhandler varmokklusjoner og varmfronter som om de er like. Den lar også kaldfronten flytte seg gjennom varmsektoren rettvinklet på varmfronten. Modellen er basert på sykloner over hav og frontstrukturen deres som sett i overflateobservasjoner og på tidligere prosjekter, der man har brukt fly til å avgjøre den vertikale strukturen til fronter over Nordvest-Atlanteren.

Varmseklusjon

En «varmseklusjon» er den fullt utviklede fasen av livssyklusen til ekstratropiske sykloner. Observasjoner av intense sykloner over hav indikerte en varm termalstruktur i lave nivåer som var omringet (sekludert) av en tilbakebøyd varmfront og et bånd med økt vind på bakken. Den norske syklonmodellen observerte stort sett sykloner mot slutten av sin levetid, og brukte uttrykket okklusjon for å identifisere oppløsningsfasen. 
Varmseklusjoner kan ha et skyfritt område (omtrent som øyet i en tropisk syklon), stort trykkfall, vind opp i orkanstyrke og moderat til kraftig konveksjon. De mest intense varmseklusjonene kan ha trykk ned under 950 hPa med varme kjerner i lavere og midlere nivåer. En varmseklusjon er et resultat av en baroklin livssyklus og kan oppstå på breddegrader et godt stykke unna tropene. I prosessen kjent som tropisk omforming vil en ekstratropisk syklon med kald kjerne vanligvis omformes sakte til en tropisk syklon. 
Siden frigivning av latent varme er viktig for utvikling og forsterkning av de fleste varmseklusjoner, oppstår de som regel over havområder og kan treffe kyststrøk med vind opp i orkanstyrke og svært store nedbørmengder. På den nordlige halvkule oppstår varmseklusjoner som regel i vintermånedene, mens de på den sørlige halvkule kan oppstå når som helst på året. 
I alle tropiske farvann, bortsett fra det nordlige Indiahavet, kan en ekstratropisk omforming av en tropisk syklon føre til at lavtrykket utvikler seg til en varmseklusjon og forsterker seg. Et eksempel er orkanen Maria i 2005, som utviklet seg til et kraftig baroklint system og en varmseklusjon da trykket var på det laveste.

Bevegelse

Ekstratropiske sykloner blir generelt drevet eller styrt av vestavindsbeltet som dominerer på midlere breddegrader på den nordlige og sørlige halvkule. Denne generelle bevegelsesretningen til luftstrømmen i atmosfæren blir kalt for «sonal» og man kaller strømmønsteret i disse områdene for et «sonalt strømregime». I meteorologien betyr dette at strømmen hovedsakelig går fra vest mot øst, men med små bølger i strømmønsteret som iblant kan få strømmen til å gå nordover eller sørover (meridional strøm). Meridionale strømmønstre oppstår i sammenheng med kraftige tråg (lavtrykk på bakken) og rygger (høytrykk på bakken). 
Endringer i sykolners bevegelsesretning skjer vanligvis når de vekselvirker med andre lavtrykkssystemer, tråg, rygger eller antisykloner (høytrykk). Et kraftig og stasjonært høytrykk kan effektivt blokkere banen til et ekstratropisk lavtrykk. Slike blokkerende høytrykk er ganske vanlige, og vil som regel føre til at enten lavtrykket blir svekket, høytrykket blir svekket, at lavtrykket blir tvunget rundt høytrykket, eller en kombinasjon av alle tre. Det er også vanlig at ekstratropiske sykloner blir forsterket når et blokkerende høytrykk eller en rygg blir svekket. Når en ekstratropisk syklon møter en annen ekstratropisk syklon (eller andre typer sykloniske virvler i atmosfæren) kan de bli et dobbeltsystem der de to lavtrykksentre roterer rundt hverandre (kjent som Fujiwhara-effekten). Dette fører som regel til at de to lavtrykkssystemene smelter sammen til et enkelt ekstratropisk lavtrykk, men av og til kan det føre til at det ene eller begge lavtrykkene bare skifter retning. Resultatet av hva som skjer når to sykloner møtes avhenger av flere faktorer, som lavtrykkenes størrelse og styrke, i tillegg til avstanden mellom dem og forholdene i atmosfæren rundt.

Generelt

Ekstratropiske sykloner kan føre med seg mildvær med litt regn og vind på 3–7 m/s, eller de kan være kalde og farlige med kraftig regn og vind på over 32 m/s (av og til kalt for stormsenter hvis de genererer vind av stormstyrke). Regnbåndene som er tilknyttet varmfronter er ofte svært utstrakte. Sykloner flytter seg ofte i forutsigbare baner, og sent på høsten, om vinteren og tidlig på våren er det ofte kaldt nok til at de kan bringe snø.

Uvær

Bygelinjer eller kraftig tordenvær kan danne seg både før og bak kaldfronter hvis det er mye fukt i atmosfæren og kraftig divergens i høyden. Dette kan føre med seg kraftig hagl og vind. Dersom man har et stort nok vindskjær i atmosfæren før en kaldfront i sammenheng med en kraftig jetstrøm, er det mulig å få dannet tornadoer.

Omformede tropiske sykloner

De fleste tropiske sykloner som blir ekstratropiske mister raskt sin styrke, eller blir absorbert av andre værsystemer, men kan fremdeles ha vind opp i orkan- eller stormstyrke. I tillegg kan de ofte føre med seg svært mye fukt. Et godt eksempel på dette var da de to tropiske syklonene «Maria» og «Nate» i september 2005 ble omformet til to ekstratropiske lavtrykk. Begge disse kom inn mot Vestlandet og førte til rekordstore nedbørmengder flere steder. I Bergen førte regnværet til ny nedbørsrekord (157,5 mm).