Niederdruckbereich

In der Meteorologie ist ein Tiefdruckgebiet , Tiefgebiet oder Tief eine Region, in der der Atmosphärendruck niedriger ist als der der umliegenden Orte. Tiefdrucksysteme bilden sich unter Gebieten mit Winddivergenz, die in den oberen Schichten der Atmosphäre auftreten . Der Entstehungsprozess eines Tiefdruckgebiets wird als Zyklogenese bezeichnet . Auf dem Gebiet der Meteorologie tritt atmosphärische Divergenz in der Höhe in zwei Bereichen auf. Das erste Gebiet befindet sich auf der Ostseite der oberen Tröge, die die Hälfte einer Rossby-Welle innerhalb der Westwinde bilden (ein Trog mit großer Wellenlängedie sich durch die Troposphäre erstreckt). Ein zweiter Bereich der Winddivergenz in der Höhe tritt vor eingebetteten Kurzwellentälern auf , die eine kleinere Wellenlänge haben. Divergierende Winde in der Höhe vor diesen Trögen verursachen einen atmosphärischen Auftrieb in der darunter liegenden Troposphäre , der den Oberflächendruck senkt, da die Aufwärtsbewegung der Schwerkraft teilweise entgegenwirkt.

Ein sich im Uhrzeigersinn drehendes Tiefdruckgebiet oder ein Zyklon im Süden Australiens. Das Zentrum des spiralförmigen Wolkensystems ist auch das Zentrum eines Hochs und normalerweise dort, wo der Druck am niedrigsten ist.

Dieses Tiefdrucksystem über Island dreht sich aufgrund des Gleichgewichts zwischen der Coriolis- und der Druckgradientenkraft gegen den Uhrzeigersinn.

Ein Tiefdruckgebiet wird häufig mit schlechtem Wetter in Verbindung gebracht ^[1], während ein Hochdruckgebiet mit leichten Winden und hellem Himmel in Verbindung gebracht wird. ^[2]

Thermische Tiefs bilden sich durch örtliche Erwärmung, die durch mehr Sonneneinstrahlung über Wüsten und anderen Landmassen verursacht wird. Da lokale Bereiche warmer Luft weniger dicht sind als ihre Umgebung, steigt diese wärmere Luft auf, was den Atmosphärendruck in der Nähe dieses Teils der Erdoberfläche senkt . Große thermische Tiefs über Kontinenten tragen dazu bei, Monsunzirkulationen anzutreiben . Tiefdruckgebiete können sich auch durch organisierte Gewitteraktivität über warmem Wasser bilden. Wenn dies über den Tropen zusammen mit der intertropischen Konvergenzzone auftritt , wird es als Monsunrinne bezeichnet . Monsuntröge erreichen ihre nördliche Ausdehnung im August und ihre südliche Ausdehnung im Februar. Wenn ein konvektives Tief in den Tropen eine gut heiße Zirkulation erfährt, wird es als tropischer Wirbelsturm bezeichnet . Tropische Wirbelstürme können sich weltweit in jedem Monat des Jahres bilden, können aber im Dezember entweder auf der Nord- oder Südhalbkugel auftreten.

Der atmosphärische Auftrieb erzeugt im Allgemeinen auch eine Wolkendecke durch adiabatische Kühlung, sobald die Luft beim Aufsteigen gesättigt ist, obwohl das Tiefdruckgebiet normalerweise bewölkten Himmel mit sich bringt, der die täglichen Temperaturextreme minimiert . Da Wolken Sonnenlicht reflektieren , nimmt die einfallende kurzwellige Sonnenstrahlung ab, was zu niedrigeren Temperaturen während des Tages führt. Nachts ermöglicht die Absorptionswirkung von Wolken auf ausgehende langwellige Strahlung , wie beispielsweise Wärmeenergie von der Oberfläche, zu allen Jahreszeiten wärmere Tagestieftemperaturen. Je stärker das Tiefdruckgebiet ist, desto stärker sind die Winde in seiner Umgebung. Weltweit befinden sich Tiefdrucksysteme am häufigsten über dem tibetischen Plateau und im Windschatten der Rocky Mountains . In Europa (insbesondere auf den Britischen Inseln und in den Niederlanden ) werden wiederkehrende Tiefdruckwettersysteme typischerweise als "Low Levels" bezeichnet.

Zyklogenese ist die Entwicklung und Stärkung der zyklonischen Zirkulationen oder Niederdruckbereiche, in der Atmosphäre . ^[3] Zyklogenese ist das Gegenteil von Zyklolyse und hat ein Antizyklonen-Äquivalent (Hochdrucksystem), das sich mit der Bildung von Hochdruckgebieten befasst – Antizyklogenese . ^[4] Zyklogenese ist ein Überbegriff für verschiedene Prozesse, die alle zur Entwicklung einer Art Zyklon führen . Meteorologen verwenden den Begriff "Zyklon", wo kreisförmige Drucksysteme in Richtung der Erdrotation fließen, ^{[5] [6]} die normalerweise mit Gebieten mit niedrigem Druck zusammenfällt. ^{[7] [8]} Die größten Tiefdrucksysteme sind Polarzyklone mit kaltem Kern und extratropische Zyklone, die auf der synoptischen Skala liegen . Zyklone mit warmem Kern wie tropische Wirbelstürme, Mesozyklone und Polartiefs liegen innerhalb der kleineren Mesoskala . Subtropische Wirbelstürme sind von mittlerer Größe. ^{[9] [10]} Zyklogenese kann auf verschiedenen Skalen auftreten, von der Mikroskala bis zur synoptischen Skala. Größere Tröge, auch Rossby-Wellen genannt, haben einen synoptischen Maßstab. ^[11] Kurzwellige Tröge, die in die Strömung um größere Tröge eingebettet sind, sind kleiner oder mesoskalig. ^[12] Beide Rossbywellen und Kurzwellen innerhalb der Umströmung Rossbywellen eingebettet migrieren der äquator polaren Wirbelstürme in sich sowohl auf der nördlichen und südlichen Hemisphäre. ^[13] Alle haben einen wichtigen Aspekt gemeinsam, den der vertikalen Aufwärtsbewegung innerhalb der Troposphäre. Solche Aufwärtsbewegungen verringern die Masse der lokalen atmosphärischen Luftsäulen, was den Oberflächendruck senkt. ^[14]

Außertropische Wirbelstürme bilden sich als Wellen entlang von Wetterfronten aufgrund eines vorbeiziehenden Kurzwellen-Jetstreaks in der Höhe oder auf der oberen Ebene ^{[ Klarstellung erforderlich ],} bevor sie später in ihrem Lebenszyklus als Kaltkern-Zyklone okkludieren. ^{[15] [16] [17] [18]} Polartiefs sind kleinräumige, kurzlebige atmosphärische Niederdrucksysteme , die die Meeresgebiete auftreten über die Haupt polwärts Polarfront sowohl in den nördlichen und südlichen Hemisphäre. Sie sind Teil der größeren Klasse mesoskaliger Wettersysteme. Polar Lows können mit herkömmlichen Wetterberichten schwer zu erkennen sein und sind eine Gefahr für Operationen in großen Breiten, wie Schifffahrt und Gas- und Ölplattformen. Es handelt sich um kräftige Systeme mit oberflächennahen Winden von mindestens 17 Metern pro Sekunde (38 mph). ^[19]

Tropische Wirbelstürme bilden sich aufgrund latenter Wärme, die durch erhebliche Gewitteraktivität angetrieben wird, und sind warmkernig mit gut definierten Zirkulationen. ^[20] Für ihre Bildung müssen bestimmte Kriterien erfüllt sein. In den meisten Situationen sind Wassertemperaturen von mindestens 26,5 °C (79,7 °F) bis zu einer Tiefe von mindestens 50 m (160 ft) erforderlich; ^[21] Wasser dieser Temperatur führt dazu, dass die darüber liegende Atmosphäre instabil genug ist, um Konvektion und Gewitter auszuhalten. ^[22] Ein weiterer Faktor ist die schnelle Abkühlung mit der Höhe, die die Freisetzung der Kondensationswärme ermöglicht , die einen tropischen Wirbelsturm antreibt. ^[21] Hohe Luftfeuchtigkeit ist erforderlich, insbesondere in der unteren bis mittleren Troposphäre ; bei viel Feuchtigkeit in der Atmosphäre sind die Bedingungen für die Entstehung von Störungen günstiger. ^{[21] Es sind} geringe Windscherungen erforderlich, da hohe Scherkräfte die Zirkulation des Sturms stören. ^[21] Schließlich braucht ein tropischer Wirbelsturm ein bereits bestehendes System von gestörtem Wetter, obwohl ohne eine Zirkulation keine Wirbelsturmentwicklung stattfinden wird. ^[21] Mesozyklone bilden sich als warme Kernzyklone über Land und können zur Bildung von Tornados führen. ^[23] Wasserhosen können sich auch aus Mesozyklonen bilden, entwickeln sich jedoch häufiger aus Umgebungen mit hoher Instabilität und geringer vertikaler Windscherung . ^[24]

In Wüsten kann ein Mangel an Boden- und Pflanzenfeuchtigkeit, die normalerweise für Verdunstungskühlung sorgen würde, zu einer intensiven und schnellen solaren Erwärmung der unteren Luftschichten führen. Die heiße Luft ist weniger dicht als die kühlere Umgebungsluft. Dies führt zusammen mit dem Aufsteigen der heißen Luft zu einem Tiefdruckgebiet, das als thermisches Tief bezeichnet wird. ^[25] Monsunzirkulationen werden durch thermische Tiefs verursacht, die sich über große Landflächen bilden, und ihre Stärke wird dadurch bestimmt, wie sich das Land schneller erwärmt als der umgebende nahe Ozean. Dies erzeugt einen stetigen Wind, der in Richtung Land weht und die feuchte oberflächennahe Luft über den Ozeanen mitbringt. ^[26] Ähnliche Niederschläge werden verursacht durch die feuchte Meeresluft, die von Bergen nach oben gehoben wird, ^[27] Oberflächenerwärmung, ^[28] Konvergenz an der Oberfläche, ^[29] Divergenz in der Höhe oder durch sturmbedingte Abflüsse an der Oberfläche. ^[30] Wie auch immer die Anhebung erfolgt, kühlt die Luft aufgrund der Expansion bei niedrigerem Druck ab, was wiederum Kondensation erzeugt . Im Winter kühlt das Land schnell ab, aber der Ozean hält die Wärme aufgrund seiner höheren spezifischen Wärme länger. Die heiße Luft über dem Ozean steigt auf und erzeugt ein Tiefdruckgebiet und eine Brise von Land zu Ozean, während sich über dem Land ein großer Bereich aus trocknendem Hochdruck bildet, der durch die winterliche Abkühlung verstärkt wird. ^[26] Monsune ähneln See- und Landbrisen , Begriffe, die sich normalerweise auf den lokalisierten, täglichen (täglichen) Zirkulationszyklus in der Nähe von Küsten überall beziehen, aber sie sind viel größer – auch stärker und saisonal. ^[31]

Mittlere Breiten und Subtropen

Große polare Wirbelstürme helfen dabei, die Steuerung von Systemen zu bestimmen, die sich durch die mittleren Breiten bewegen, südlich der Arktis und nördlich der Antarktis . Die arktische Oszillation liefert einen Index, der verwendet wird, um das Ausmaß dieses Effekts auf der Nordhalbkugel abzuschätzen. ^[32] Außertropische Wirbelstürme neigen dazu, sich östlich von klimatologischen Trogpositionen in der Nähe der Ostküste von Kontinenten oder der Westseite der Ozeane zu bilden. ^[33] Eine Studie über außertropische Wirbelstürme in der südlichen Hemisphäre zeigt, dass zwischen dem 30. und 70. Breitengrad durchschnittlich 37 Wirbelstürme während eines 6-Stunden-Zeitraums existieren. ^[34] Eine separate Studie in der nördlichen Hemisphäre legt nahe, dass sich jeden Winter etwa 234 bedeutende außertropische Wirbelstürme bilden. ^[35] In Europa, insbesondere im Vereinigten Königreich und in den Niederlanden, werden wiederkehrende außertropische Tiefdruckwettersysteme typischerweise als Depressionen bezeichnet. ^{[36] [37] [38]} Diese neigen dazu, das ganze Jahr über nasses Wetter zu bringen. Temperaturtiefs treten auch während des Sommers über kontinentalen Gebieten in den Subtropen auf – wie der Sonora-Wüste , der mexikanischen Hochebene , der Sahara , Südamerika und Südostasien. ^[25] Die Tiefs befinden sich am häufigsten über der tibetischen Hochebene und im Windschatten der Rocky Mountains. ^[33]

Monsunrinne

An der Monsunrinne oder der intertropischen Konvergenzzone bilden sich als Teil der Hadley- Zellzirkulation langgestreckte Gebiete mit niedrigem Druck . ^{[39] Der} Monsun-Trog im Westpazifik erreicht seinen Zenit im Breitengrad im Spätsommer, wenn der winterliche Oberflächenrücken auf der gegenüberliegenden Hemisphäre am stärksten ist. Er kann im August bis zum 40. Breitengrad in Ostasien und im Februar bis zum 20. Breitengrad in Australien reichen . Sein polwärts gerichtetes Fortschreiten wird durch den Beginn des Sommermonsuns beschleunigt, der durch die Entwicklung eines niedrigeren Luftdrucks über dem wärmsten Teil der verschiedenen Kontinente gekennzeichnet ist. ^{[40] [41]} Die große thermische Tiefen über Kontinente Hilfe schaffen Druckgradienten welche Antriebsmonsunzirkulationen. ^[42] Auf der Südhalbkugel erreicht das mit dem australischen Monsun verbundene Monsuntal im Februar seinen südlichsten Breitengrad, ^[43] orientiert entlang einer West-Nordwest/Ost-Südost-Achse. Viele der Regenwälder der Welt sind mit diesen klimatologischen Tiefdrucksystemen verbunden. ^[44]

Tropischer Wirbelsturm

Tropische Wirbelstürme müssen sich im Allgemeinen mehr als 555 km (345 Meilen) oder polwärts des 5. Breitengrades Nord und 5. Breitenkreis Süd bilden , damit der Coriolis-Effekt Winde ablenken kann, die in Richtung des Tiefdruckzentrums wehen und eine Zirkulation erzeugen. ^[21] Weltweit erreicht die Aktivität tropischer Wirbelstürme ihren Höhepunkt im Spätsommer, wenn der Unterschied zwischen den Temperaturen in der Höhe und der Meeresoberflächentemperatur am größten ist. Jedes einzelne Becken hat jedoch seine eigenen saisonalen Muster. Weltweit ist der Mai der am wenigsten aktive Monat, während der September der aktivste Monat ist. Der November ist der einzige Monat, in dem Aktivität in allen tropischen Wirbelsturmbecken möglich ist. ^[45] Fast ein Drittel der tropischen Wirbelstürme der Welt bilden im westlichen Pazifischen Ozean, ist es das aktivste machen tropischen Zyklon Becken auf der Erde . ^[46]

Schematische Darstellung der Strömung (in Schwarz dargestellt) um ein Tiefdruckgebiet auf der Nordhalbkugel. Die Druckgradientenkraft wird durch blaue Pfeile dargestellt, die Coriolis-Beschleunigung (immer senkrecht zur Geschwindigkeit) durch rote Pfeile.

Wind wird zunächst von Hochdruckgebieten in Tiefdruckgebiete beschleunigt. ^[47] Dies ist auf Dichteunterschiede (oder Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede) zwischen zwei Luftmassen zurückzuführen . Da stärkere Hochdrucksysteme kühlere oder trockenere Luft enthalten, wird die Luftmasse dichter und strömt in Richtung warmer oder feuchter Gebiete, die sich in der Nähe von Tiefdruckgebieten vor den zugehörigen Kaltfronten befinden . Je stärker die Druckdifferenz oder der Druckgradient zwischen einem Hochdrucksystem und einem Niederdrucksystem ist, desto stärker ist der Wind. ^[48] So sind stärkere Tiefdruckgebiete mit stärkeren Winden verbunden.

Die Coriolis - Kraft durch die verursachte Erde ‚s Rotation ist , was windet sich um Tiefdruckgebiete (wie in gibt Hurrikane , Zyklone und Taifune ) ihre gegen den Uhrzeigersinn (gegen den Uhrzeigersinn) Zirkulation in der nördlichen Hemisphäre (wie der Wind nach innen bewegt und ist rechts vom Hochdruckzentrum abgelenkt) und die Zirkulation im Uhrzeigersinn auf der Südhalbkugel (wenn der Wind nach innen bewegt und vom Hochdruckzentrum nach links abgelenkt wird). ^[49] Ein tropischer Wirbelsturm unterscheidet sich von einem Hurrikan oder Taifun nur aufgrund der geografischen Lage. ^[50] Beachten Sie, dass sich ein tropischer Wirbelsturm grundlegend von einem Wirbelsturm mittlerer Breite unterscheidet. ^[51] Ein Hurrikan ist ein Sturm , der im Atlantischen Ozean und im Nordosten des Pazifischen Ozeans auftritt , ein Taifun tritt im Nordwestpazifik auf und ein tropischer Wirbelsturm tritt im Südpazifik oder Indischen Ozean auf . ^{[50] [52] Die} Reibung mit dem Land verlangsamt den Wind, der in Tiefdrucksysteme fließt, und bewirkt, dass der Wind mehr nach innen strömt oder mehr ageostrophisch zu ihren Zentren strömt . ^[48] Tornados sind oft zu klein und von zu kurzer Dauer, um von der Coriolis-Kraft beeinflusst zu werden, können aber so beeinflusst werden, wenn sie aus einem Niederdrucksystem entstehen. ^{[53] [54]}

• Ostasiatischer Monsun
• Hochdruckbereich
• Intertropische Konvergenzzone
• Nordamerikanischer Monsun
• Oberflächenwetteranalyse
• Tropische Welle
• Trog (Meteorologie)
• Wetterkarte