Differences and Similarities between Extratropical Cyclones during Summer and Winter

Abstract

Extratropical cyclones (ETC) are synoptic scale low pressure systems, which have a large impact on the weather in the mid latitudes. These low pressure systems usually develop during several days and are connected to fronts. Thus, they can bring cloudiness, rain and even severe weather including strong winds. Extratropical cyclogenesis occur in regions of baroclinic instability and is thus a result of the interaction between several physical processes at different levels in the troposphere.
The aim of this study is to investigate differences and similarities between ETCs during summer and winter. The ETCs of interest begin their development in the North Atlantic Ocean,
and subsequently approach the western parts of Europe. The data used were obtained from the GFS model analysis weather maps and provided information regarding e.g. the pressure at
different levels in the troposphere, equivalent potential temperature and 300 hPa wind. ETCs were found to develop more frequently during winter, and also showed a considerably lower
pressure than in summer due to higher baroclinic instability. Additionally, the lifetime were found to be similar during the two seasons whereas the distance covered during development
were longest in winter. Finally, two case studies of extratropical cyclogenesis were performed and analyzed by physical interpretation of the quasi-geostrophic omega and height tendency
equation.

Popular Abstract (Swedish)

Vinterhalvåret- tiden på året då stormarna trivs som bäst
Det hände varje år, kanske flera gånger om året. Kuststäder svämmar över, granarna faller som plockepinn och strömmen går. Det stormar. Men varför?
När det pratas om stormar i våra breddgrader syftas det nästan alltid på kraftiga vindarna som uppstår i samband med storskaliga lågtryckssystem, så kallade extratropiska cykloner. Dessa kan bildas året om, men endast i de mellersta breddgraderna.
Extratropiska cykloner får sin energi från temperaturskillnaderna som uppstår i atmosfären där kallare luft möter varmare luft. Den varma luften kommer vanligtvis söderifrån och rör sig norrut där den möter den kallare luften som kommer norrifrån
och rör sig söderut. Fronter som uppstår i dessa zoner rör sig sedan på ett sådant sätt att det uppstår ett lågtryck. En annan viktig faktor för att ett lågtryck ska kunna fördjupas är hur luften rör sig högre upp i troposfären. Luften som stiger från ytan måste kunna ta vägen någonstans för att det låga trycket ska kunna bibehållas eller fördjupas ytterligare. Här spelar de starka vindstråken på hög höjd en viktig roll, om de finns på
rätt plats vid rätt tillfälle.
De smala stråken med kraftiga vindar som hittas högt upp i troposfären på omkring 10 kilometers höjd kallas jetströmmar. Dessa kan nå hastigheter omkring 40-100 m/s. Även jetströmmar bildas på grund av temperaturskillnaderna som uppstår i zoner där varmare luft möter kallare luft. Vindarna rör sig oftast österut i ett mer eller mindre vågliknande flöde.
Extratropiska cykloner ska inte förväxlas med tropiska cykloner, dessa utvecklas i de tropiska regionerna över hav. De får huvudsakligen sin energi från det vattnet, som då bör hålla en temperatur på omkring 27 grader Celsius eller varmare. Det kan dock hända att tropiska cykloner omvandlas till extratropiska cykloner om det finns gynnsamma förhållanden för detta. Omvandlingen sker då den tropiska cyklonen börjar avta och närmar sig de extratropiska regionerna. Då detta sker försvinner cyklonens tropiska egenskaper och den blir mer lik en extratropisk cyklon.
Då extratropiska cykloner i värsta fall kan ge stora skador på flera samhällsviktiga funktioner är det viktigt att i detalj känns till exakt hur de bildas samt vilka fysikaliska processer som varit viktigast under deras utveckling. Detta studeras ofta av meteorologer i efterhand, exempelvis i denna studie, bland annat för att se hur bra teorin som finns för att beskriva deras utveckling stämmer överens med verkligheten. I denna studie studerades det huvudsakligen hur extratropiska cykloner skiljer sig mellan sommar och vinter. Trots att extratropiska cykloner kan bildas året om förekommer de kraftigaste lågtrycken under vinterhalvåret eftersom det då finns bättre förutsättningar;
temperaturskillnaderna i atmosfären är nämligen betydligt större under vintern jämfört med sommaren. Därför finns det mer energi som kan omvandlas för att utveckla storskaliga, djupa lågtryck där vindhastigheterna kan nå stormstyrka, eller högre. Även jetströmmarna blir starkare på grund av att temperaturskillnaderna mellan de olika luftmassorna är större. Därför är det också vanligt att lågtrycken rör sig en längre sträcka under sin livstid på vintern än på sommaren. Exempelvis kan resan börja i de nordvästra delarna av Norra Atlanten och för att sedan sluta över Skandinavien. Under vintern är det också vanligt att lågtryckens utbredning är lite större jämfört med de som bildas på sommaren.

• author: Olandersson, Stina
• supervisor: Elna Heimdal Nilsson; Niels Woetmann Nielsen
• organization: Combustion Physics; Department of Physics
• course: FYSK02 20152
• year: 2016
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: Extratropical cyclones, cyclogenesis, jet, quasi-geostrophic theory, North Atlantic Ocean, GFS
• language: English
• id: 8566372
• date added to LUP: 2016-01-27 14:42:10
• date last changed: 2016-01-27 14:42:10