Öga (cyklon)

En bild av orkanen Florence sett från den internationella rymdstationen som visar ett väldefinierat öga i stormens centrum.

Ögat är en region med mestadels lugnt väder i mitten av tropiska cykloner . En storms öga är ett ungefär cirkulärt område, vanligtvis 30–65 kilometer (19–40 miles) i diameter. Det är omgivet av ögonväggen , en ring av höga åskväder där det svåraste vädret och de högsta vindarna förekommer. Cyklons lägsta barometertryck uppstår i ögat och kan vara så mycket som 15 procent lägre än trycket utanför stormen.

I starka tropiska cykloner kännetecknas ögat av lätta vindar och klar himmel, omgiven på alla sidor av en hög, symmetrisk ögonvägg. I svagare tropiska cykloner är ögat mindre väldefinierat och kan täckas av det centrala täta mulet , ett område med höga tjocka moln som visar sig ljust på satellitbilder . Svagare eller oorganiserade stormar kan också ha en ögonvägg som inte helt omger ögat eller har ett öga som har kraftigt regn. I alla stormar är dock ögat platsen för stormens lägsta barometertryck — där atmosfärstrycket vid havsnivån är lägst.

Strukturera

Ett tvärsnittsdiagram av en mogen tropisk cyklon, med pilar som indikerar luftflöde i och runt ögat

En typisk tropisk cyklon kommer att ha ett öga på cirka 30–65 km (20–40 mi) i diameter, vanligtvis beläget i stormens geometriska centrum. Ögat kan vara klart eller ha fläckiga låga moln (ett klart öga ), det kan vara fyllt med låg- och mellannivåmoln (ett fyllt öga ), eller det kan skymmas av den centrala täta mulen. Det är dock väldigt lite vind och regn, särskilt nära centrum. Detta står i skarp kontrast till förhållandena i ögonväggen, som innehåller stormens starkaste vindar. På grund av mekaniken i en tropisk cyklon är ögat och luften direkt ovanför den varmare än omgivningen.

Även om de normalt är ganska symmetriska, kan ögonen vara avlånga och oregelbundna, särskilt i försvagande stormar. Ett stort trasigt öga är ett icke-cirkulärt öga som verkar fragmenterat och är en indikator på en svag eller försvagande tropisk cyklon. Ett öppet öga är ett öga som kan vara cirkulärt, men ögonväggen omsluter inte ögat helt, vilket också indikerar en försvagande, fuktberövad cyklon eller en svag men stärkande sådan. Båda dessa observationer används för att uppskatta intensiteten av tropiska cykloner via Dvorak-analys . Ögonväggar är vanligtvis cirkulära; Emellertid förekommer distinkt polygonala former som sträcker sig från trianglar till hexagoner.

Orkanen Wilma med ett öga

Medan typiska mogna stormar har ögon som är några dussin mil tvärs över, kan snabbt intensifierande stormar utveckla ett extremt litet, klart och cirkulärt öga, ibland kallat ett pinhole eye . Stormar med pinhole ögon är benägna att stora fluktuationer i intensitet, och ger svårigheter och frustrationer för prognosmakare.

Detaljerad vy av orkanen Isabels öga, sett från den internationella rymdstationen

Små/små ögon – de som är mindre än 10 nmi (19 km, 12 mi) tvärs över – utlöser ofta ögonväggsbytescykler , där en ny ögonvägg börjar bildas utanför den ursprungliga ögonväggen. Detta kan ske allt från femton till hundratals kilometer (tio till några hundra mil) utanför det inre ögat. Stormen utvecklar sedan två koncentriska ögonväggar , eller ett "öga i ett öga". I de flesta fall börjar den yttre ögonväggen dra ihop sig strax efter bildandet, vilket kväver det inre ögat och lämnar ett mycket större men stabilare öga. Medan ersättningscykeln tenderar att försvaga stormar när den uppstår, kan den nya ögonväggen dra ihop sig ganska snabbt efter att den gamla ögonväggen försvinner, vilket gör att stormen kan förstärkas igen. Detta kan utlösa en ny förstärkningscykel för att byta ögonvägg.

Ögon kan variera i storlek från 370 km (230 mi) ( tyfonen Carmen ) till bara 3,7 km (2,3 mi) ( orkanen Wilma ) över. Även om det är ovanligt att stormar med stora ögon blir mycket intensiva, förekommer det, särskilt i ringformiga orkaner . Orkanen Isabel var den elfte mest kraftfulla nordatlantiska orkanen i nedtecknad historia och upprätthöll ett stort, 65–80 km (40–50 mi) brett öga under en period av flera dagar.

Orkanen Katrinas öga sett från ett orkanjägareflygplan

Bildning och upptäckt

Tropiska cykloner bildas när energin som frigörs av kondensering av fukt i stigande luft orsakar en positiv återkoppling över varma havsvatten.

Vanligtvis är ögon lätta att upptäcka med väderradar . Den här radarbilden av orkanen Andrew visar tydligt ögat över södra Florida.

Tropiska cykloner bildas vanligtvis från stora, oorganiserade områden med stört väder i tropiska områden. När fler åskväder bildas och samlas, utvecklar stormen regnband som börjar rotera runt ett gemensamt centrum. När stormen ökar i styrka bildas en ring av starkare konvektion på ett visst avstånd från rotationscentrumet för den utvecklande stormen. Eftersom starkare åskväder och kraftigare regn markerar områden med starkare uppströmmar , börjar barometertrycket vid ytan att sjunka och luft börjar byggas upp i de övre nivåerna av cyklonen. Detta resulterar i bildandet av en övre nivå av anticyklon , eller ett område med högt atmosfärstryck ovanför den centrala täta mulen. Följaktligen strömmar det mesta av denna uppbyggda luft utåt anticykloniskt ovanför den tropiska cyklonen. Utanför det bildande ögat ökar anticyklonen på de övre nivåerna av atmosfären flödet mot mitten av cyklonen, trycker luft mot ögonväggen och orsakar en positiv återkopplingsslinga .

Men en liten del av den uppbyggda luften, istället för att strömma utåt, strömmar inåt mot stormens centrum. Detta gör att lufttrycket ökar ytterligare, till den punkt där luftens tyngd motverkar styrkan i uppströmningen i mitten av stormen. Luften börjar sjunka i mitten av stormen, vilket skapar ett mestadels regnfritt område - ett nybildat öga.

Det finns många aspekter av denna process som förblir ett mysterium. Forskare vet inte varför en ring av konvektion bildas runt cirkulationscentrum istället för ovanpå den, eller varför anticyklonen på övre nivån bara skjuter ut en del av överskottsluften ovanför stormen. Det finns många teorier om den exakta processen genom vilken ögat bildas: allt som är säkert känt är att ögat är nödvändigt för att tropiska cykloner ska uppnå höga vindhastigheter.

Bildandet av ett öga är nästan alltid en indikator på ökad tropisk cyklonorganisation och styrka. På grund av detta ser prognosmakare på nära håll utvecklande stormar för tecken på ögonbildning. ^{[ citat behövs ]}

För stormar med ett klart öga är det lika enkelt att upptäcka ögat som att titta på bilder från en vädersatellit . För stormar med ett fyllt öga, eller ett öga helt täckt av det centrala täta mulet, måste dock andra detekteringsmetoder användas. Observationer från fartyg och orkanjägare kan lokalisera ett öga visuellt, genom att leta efter en minskning av vindhastigheten eller brist på nederbörd i stormens centrum. I USA, Sydkorea och några andra länder kan ett nätverk av NEXRAD Doppler väderradarstationer upptäcka ögon nära kusten. Vädersatelliter har också utrustning för att mäta atmosfärisk vattenånga och molntemperaturer, som kan användas för att upptäcka ett bildande öga. Dessutom har forskare nyligen upptäckt att mängden ozon i ögat är mycket högre än mängden i ögonväggen, på grund av att luft sjunker från den ozonrika stratosfären. Instrument som är känsliga för ozon utför mätningar, som används för att observera stigande och sjunkande luftpelare och ger en indikation på bildandet av ett öga, även innan satellitbilder kan fastställa dess bildning.

En satellitstudie fann ögon upptäckta i genomsnitt under 30 timmar per storm.

Associerade fenomen

Ett satellitfoto av cyklonen Emnati under cyklonsäsongen 2021–2022 i sydvästra Indiska oceanen som visar en yttre och inre ögonvägg, medan den genomgår en cykel för att byta ögonvägg

Byte av ögonväggar

Ersättningscykler för ögonväggar , även kallade koncentriska ögonväggscykler , förekommer naturligt i intensiva tropiska cykloner, vanligtvis med vindar över 185 km/h (115 mph), eller stora orkaner (kategori 3 eller högre på Saffir-Simpson orkanskala ). När tropiska cykloner når denna intensitet, och ögonväggen drar ihop sig eller redan är tillräckligt liten (se ovan ), kan några av de yttre regnbanden förstärkas och organisera sig i en ring av åskväder – en yttre ögonvägg – som långsamt rör sig inåt och berövar den inre ögonväggen från dess nödvändiga fukt och rörelsemängd . Eftersom de starkaste vindarna finns i en cyklons ögonvägg, försvagas den tropiska cyklonen vanligtvis under denna fas, eftersom innerväggen "kvävs" av ytterväggen. Så småningom ersätter den yttre ögonväggen den inre helt, och stormen kan åter intensifieras.

Upptäckten av denna process var delvis ansvarig för slutet av den amerikanska regeringens orkanmodifieringsexperiment Project Stormfury . Det här projektet gick ut på att bilda moln utanför ögonväggen, vilket fick en ny ögonvägg att bildas och försvagade stormen. När man upptäckte att detta var en naturlig process på grund av orkandynamik övergavs projektet snabbt.

Forskning visar att 53 procent av intensiva orkaner genomgår åtminstone en av dessa cykler under dess existens. Orkanen Allen 1980 gick igenom upprepade ögonväggsbytescykler, fluktuerande mellan kategori 5- och kategori 4-status på Saffir-Simpson-skalan flera gånger, medan orkanen Juliette (2001) är ett dokumenterat fall av trippelögonväggar.

Vallgravar

En vallgrav i en tropisk cyklon är en tydlig ring utanför ögonväggen, eller mellan koncentriska ögonväggar, kännetecknad av sättningar — långsamt sjunkande luft — och liten eller ingen nederbörd. Luftflödet i vallgraven domineras av de kumulativa effekterna av sträckning och klippning . Vallgraven mellan ögonväggar är ett område i stormen där luftens rotationshastighet ändras kraftigt i proportion till avståndet från stormens centrum; dessa områden är också kända som snabba filamenteringszoner . Sådana områden kan potentiellt hittas nära vilken virvel som helst med tillräcklig styrka, men är mest uttalad i starka tropiska cykloner.

Eyewall mesovortices

Mesovortices synliga i ögat av orkanen Emilia 1994.

Eyewall mesovortices är småskaliga rotationsfunktioner som finns i ögonväggarna hos intensiva tropiska cykloner. De liknar i princip små "sugvirvlar" som ofta observeras i tornados med flera virvel . I dessa virvlar kan vindhastigheterna vara högre än någon annanstans i ögonväggen. Eyewall mesovortices är vanligast under perioder av intensifiering i tropiska cykloner.

Eyewall mesovortices uppvisar ofta ovanligt beteende i tropiska cykloner. De kretsar vanligtvis kring lågtryckscentret, men ibland förblir de stationära. Eyewall mesovortices har till och med dokumenterats korsa ögat av en storm. Dessa fenomen har dokumenterats observationsmässigt, experimentellt och teoretiskt.

Eyewall mesovortices är en betydande faktor i bildandet av tornados efter tropisk cyklonlandfall. Mesovortices kan skapa rotation i individuella konvektiva celler eller updrafts (en mesocyklon ), vilket leder till tornadisk aktivitet. Vid landföring genereras friktion mellan cirkulationen av den tropiska cyklonen och land. Detta kan tillåta mesovortices att sjunka till ytan, vilket orsakar tornados. Dessa tornadiska cirkulationer i gränsskiktet kan förekomma i de inre ögonväggarna hos intensiva tropiska cykloner, men med kort varaktighet och liten storlek observeras de inte ofta.

Stadioneffekt

Vy över tyfonen Maysaks öga från den internationella rymdstationen den 31 mars 2015, som visar en uttalad stadioneffekt.

Stadioneffekten är ett fenomen som observeras i starka tropiska cykloner . Det är en ganska vanlig händelse, där ögonväggens moln kröker sig utåt från ytan med höjden. Detta ger ögat ett utseende som liknar en öppen kupol från luften, som liknar en sportstadion . Ett öga är alltid större i toppen av stormen och minst i botten av stormen eftersom den stigande luften i ögonväggen följer isoliner med lika vinkelmoment , som också sluttar utåt med höjden.

Ögonliknande drag

En ögonliknande struktur finns ofta i intensifierande tropiska cykloner. I likhet med ögat som ses i orkaner eller tyfoner, är det ett cirkulärt område vid stormens cirkulationscentrum där konvektion saknas. Dessa ögonliknande egenskaper finns oftast i intensifierande tropiska stormar och orkaner av kategori 1-styrka på Saffir-Simpson-skalan. Till exempel hittades en ögonliknande funktion i orkanen Beta när stormen hade maximala vindhastigheter på endast 80 km/h (50 mph), långt under orkanstyrkan. Funktionerna är vanligtvis inte synliga på synliga våglängder eller infraröda våglängder från rymden, även om de lätt kan ses på mikrovågsatellitbilder . Deras utveckling på de mellersta nivåerna av atmosfären liknar bildandet av ett komplett öga, men funktionerna kan förskjutas horisontellt på grund av vertikal vindskjuvning.

Faror

Ett flygplan som flyger genom en storms ögonvägg och in i det lugna ögat

Även om ögat är den överlägset lugnaste delen av stormen, utan vind i mitten och vanligtvis klar himmel, är det på havet möjligen det farligaste området. I ögonväggen färdas alla vinddrivna vågor i samma riktning. I mitten av ögat konvergerar dock vågorna från alla håll och skapar oberäkneliga toppar som kan bygga på varandra för att bli skurkvågor . Den maximala höjden för orkanvågor är okänd, men mätningar under orkanen Ivan när det var en kategori 4-orkan uppskattade att vågorna nära ögonväggen översteg 40 m (130 fot) från topp till dal.

Ett vanligt misstag, särskilt i områden där orkaner är ovanliga, är att invånarna lämnar sina hem för att inspektera skadorna medan det lugna ögat passerar över, bara för att fångas av de våldsamma vindarna i den motsatta ögonväggen.

Andra cykloner

Den nordamerikanska snöstormen 2006 , en extratropisk storm, visade en ögonliknande struktur vid sin högsta intensitet (här sedd strax öster om Delmarvahalvön ) .

Även om endast tropiska cykloner har strukturer som officiellt kallas "ögon", finns det andra vädersystem som kan uppvisa ögonliknande egenskaper.

Polar dalar

Polar botten är mesoscale vädersystem, vanligtvis mindre än 1 000 km (600 mi) i diameter, som finns nära polerna . Liksom tropiska cykloner bildas de över relativt varmt vatten och kan ha djup konvektion och vindar med stormstyrka eller mer. Till skillnad från stormar av tropisk natur trivs de dock i mycket kallare temperaturer och på mycket högre breddgrader. De är också mindre och håller under kortare varaktigheter, med få som varar längre än en dag eller så. Trots dessa skillnader kan de vara mycket lika i strukturen som tropiska cykloner, med ett klart öga omgivet av en ögonvägg och band av regn och snö.

Extratropiska cykloner

Extratropiska cykloner är områden med lågt tryck som finns på gränsen mellan olika luftmassor . Nästan alla stormar som finns på medelbreddgrader är extratropiska till sin natur, inklusive klassiska nordamerikanska nordöstra och europeiska vindstormar . De allvarligaste av dessa kan ha ett tydligt "öga" på platsen för lägst barometertryck, även om det vanligtvis är omgivet av lägre, icke-konvektiva moln och finns nära stormens baksida.

Subtropiska cykloner

Subtropiska cykloner är lågtryckssystem med vissa extratropiska egenskaper och vissa tropiska egenskaper. Som sådan kan de ha ett öga samtidigt som de inte är riktigt tropiska till sin natur. Subtropiska cykloner kan vara mycket farliga, generera kraftiga vindar och hav, och utvecklas ofta till helt tropiska cykloner. Av denna anledning National Hurricane Center inkludera subtropiska stormar i sitt namnschema 2002.

Tornado

Tornado är destruktiva, småskaliga stormar som producerar de snabbaste vindarna på jorden. Det finns två huvudtyper – envirveltromber, som består av en enda snurrande luftpelare, och flervirveltromber, som består av små "sugvirvlar", som liknar själva minitornador, som alla roterar runt ett gemensamt centrum. Båda dessa typer av tornados är teoretiserade att ha lugna ögon. Dessa teorier stöds av observationer av dopplerhastighet av väderradar och ögonvittnesskildringar.

Utomjordiska virvlar

En orkanliknande storm på Saturnus sydpol som visar en ögonvägg som är tiotals kilometer hög

NASA rapporterade i november 2006 att rymdfarkosten Cassini observerade en "orkanliknande" storm låst till Saturnus sydpol med en tydligt definierad ögonvägg. Observationen var särskilt anmärkningsvärd eftersom ögonväggsmoln inte tidigare hade setts på någon annan planet än jorden (inklusive ett misslyckande att observera en ögonvägg i stora röda fläck av rymdfarkosten Galileo ). År 2007 observerades mycket stora virvlar på Venus båda poler av Venus Express- uppdraget från European Space Agency för att ha en dipolögonstruktur.

Se även

externa länkar