Ciclone extratropical é um fenômeno meteorológico caracterizado por fortestempestades eventos, que faz parte de uma família maior de fenômenos meteorológicos, a família dosciclones.[1] São definidos como sistemas de baixapressão atmosférica deescala sinótica que ocorrem nas regiões delatitudes médias, onde constituem uma parte importante dacirculação atmosférica ao contribuírem para o equilíbrio térmico das regiões equatoriais e das regiões polares. Um ciclone extratropical desenvolve-se através de gradientes, ou seja, diferenças detemperatura e deponto de orvalho. A região onde ocorrem tais diferenças é conhecida comozona baroclínica.[2] Os ciclones extratropicais obtêm sua energia por métodos diferentes daqueles usados por outros fenômenosciclônicos, tais comociclones tropicais e asbaixas polares, permitindo a sua classificação como sistemas de "núcleo frio".[1]
Estes ciclones são chamados de "extratropicais" porque se formam quase que exclusivamente fora das regiões tropicais, e também por se originarem demassas de ar de origem não-tropical. Estes sistemas também são chamados de "ciclones" devido à sua naturezaciclônica. NoHemisfério norte, os ciclones extratropicais giram em sentidoanti-horário e, noHemisfério sul, giram emsentido horário. Dependendo de sua localização geográfica e de sua intensidade, os ciclones extratropicais recebem outras designações, tais comociclone de médias latitudes,[3]depressão extratropical,baixa extratropical,ciclone frontal,[4][5]baixa não-tropical e, em casos específicos,ciclone pós-tropical.
A maioria dos ciclones extratropicais produzventos fortes echuvas moderadas a torrenciais. Assim como ociclone tropical, intensos ciclones extratropicais também são capazes de causar amaré de tempestade, uma elevação do nível do mar associada ao sistema. Dependendo da intensidade do sistema, estes fatores secundários podem provocar tantos estragos quanto o próprio ciclone. Os ciclones extratropicais formam-se em massas atmosféricas com alta instabilidade meteorológica e perdem a sua força quando se tornambarotrópicos, ou seja, quando as diferenças de temperatura ocorrem juntamente com as diferenças de pressão. Algumas regiões costeiras são frequentemente afetadas por ciclones extratropicais, embora alguns sistemas particularmente intensos possam causar tanta destruição quanto um ciclone tropical.[6]
Os ventos associados a um ciclone tropical normalmente diminuem com a distância em relação ao ponto no ciclone onde apressão atmosférica é a menor, que geralmente se localiza próximo ao centro do sistema.[7] Os ventos mais fortes são encontrados normalmente no lado mais frio e/ou polar dasfrentes quentes, nasoclusões e nasfrentes frias, onde asforças de gradiente de pressão, ou seja, a aceleração do ar imposta pelas diferenças na pressão atmosférica, são as maiores.[8] A área ao norte e a oeste das frentes quentes e frias conectadas aos ciclones extratropicais é conhecida como o setor frio, enquanto que a área ao sul e a leste de suas frentes frias e quentes associadas é conhecida como o setor quente.[9]
Os ventos fluem no sentidoanti-horário em volta de um centro ciclônico noHemisfério norte, e nosentido horário noHemisfério sul, devido aoefeito Coriolis (esta maneira de rotação é geralmente referida comociclônica).[10] Perto do centro do ciclone, a força de gradiente de pressão e o efeito Coriolis devem estar num balanço aproximado para evitar o colapso do ciclone sobre ele mesmo como resultado da própria diferença de pressão.[7] A pressão atmosférica do ciclone baixará com a crescente maturidade do ciclone,[1] enquanto que na parte externa do ciclone apressão atmosférica ao nível do mar não é muito baixa; o seu valor típico é por volta de 1 013milibares, que é a medida média da pressão atmosférica naTerra ao nível do mar.[11] Na maioria dos ciclones extratropicais, a parte da frente fria a frente do ciclone desenvolver-se-á numa frente quente,[12] dando à zona frontal uma forma semelhante à de uma onda (como desenhado emmapas meteorológicos de superfície).[13] Devido à sua aparência emimagens de satélite, os ciclones extratropicais podem ser também referidos como ondas frontais no começo de seu período de existência.[13] NosEstados Unidos, um antigo nome para tal sistema nesse estágio é "onda quente".[14]
Assim que o ciclone se oclude, isto é, quando a frente fria e a frente quente associadas ao sistema se fundem, uma estreita corrente de ar quente e úmidoascender-se-á por fortes ventos meridionais, isto é, ventos que acompanham osmeridianos terrestres, em sua periferia oriental, seguindo para cima e em volta de sua periferia setentrional e, por último, para a sua periferia noroeste, forçando umcavado de superfície, ou seja, uma alongada área de baixa pressão, a continuar no setor frio numa curva semelhante à frente oclusa, ou seja, em forma de vírgula. Este fenômeno no interior de ciclones extratropicais é conhecido como "cinturão de condução de ar quente" ou pela denominaçãoanglófona,trowal.[15] A estreita corrente ascendente de ar úmido e quente cria a parte oclusa de um ciclone extratropical, conhecida comovírgula no Hemisfério norte, ouvírgula invertida no Hemisfério sul, devido ànebulosidade da médiatroposfera que acompanha o sistema adquirir a forma de um caracol.[1] Avírgula ou avírgula invertida é geralmente a região de um ciclone extratropical onde ocorre forteprecipitação, sendo que há possibilidades de formação detrovoadas se a atmosfera ao longo da corrente ascendente de ar úmido e quente for suficientemente estável para a formação de áreas deconvecção.[16]
Os ciclones extratropicais são classificados principalmente como sistemasbaroclínicos, pois se formam ao longo de zonas degradiente de temperatura e deponto de orvalho, conhecidas comozonas frontais ou baroclínicas.[17] No entanto, podem se tornarbarotrópicos durante o seu ciclo de vida, quando a distribuição de calor em torno do ciclone se torna razoavelmente uniforme, comparando-se o seu raio.[18] O ciclone extratropical neste estágio é conhecido como ciclonecut-off, ou seja, está desconectado de qualquer sistema frontal e dofluxo zonal. Este estágio marca o fim do ciclo de vida de um ciclone extratropical.[18]
Os ciclones extratropicais inclinam-se em direção àsmassas de ar frias e se fortalecem com a altura, às vezes excedendo 10km (30 000pés) em altitude.[19] Logo acima da superfície, atemperatura diminui da periferia para o centro do ciclone.[1] Estas características estão em oposição direta àquelas encontradas emciclones tropicais.[20] Por isso, às vezes, os ciclones extratropicais são chamados de "áreas de baixa pressão de núcleo frio".[1] Váriosmapas meteorológicos podem ser examinados para verificar as características de um sistema de núcleo frio com a altitude, tais como os mapas meteorológicos de 700mbar (hPa),[21] que é ummapa sinótico mostrando as diferenças na pressão atmosférica a uma altitude de aproximadamente 3 mil metros.[22]Diagramas espaciais de fase de ciclones são usados para descobrir se o ciclone em questão étropical,subtropical ou extratropical.[23]
Uma seclusão quente ou uma oclusão quente profunda é a fase madura do ciclo de vida de um ciclone extratropical.[24] Isto foi conceptualizado após experimentos de campo do projetoExperiment on Rapidly Intensifying Cyclones over the Atlantic (ERICA) no final da década de 1980, que produziu observações de intensos ciclones extratropicais oceânicos que indicaram uma estrutura termal quente de baixos níveis, isolada ou rodeada por uma frente quente curvada e por uma banda de intensos ventos em forma de umV.[24][25] Omodelo norueguês de ciclones, assim desenvolvido pelaescola de meteorologia de Bergen, observou frequentemente ciclones no fim de seu ciclo de vida e usa o termo oclusão para identificar os estágios de dissipação de um sistema extratropical.[26]
As seclusões quentes podem ter estruturas semelhantes às de umolho, livre denuvens, no seu centro (lembrando aciclones tropicais), além de apresentar quedas de pressão atmosférica significativas,ventos com intensidade de furacão naescala de Beaufort econvecção moderada a forte.[24] As seclusões quentes frequentemente atingem pressões atmosféricas menores do que 950 milibares, com uma estrutura de núcleo quente de médios níveis bem definida.[24] Uma seclusão quente, sendo o resultado da partebaroclínica do ciclo de vida de um ciclone extratropical, ocorre em latitudes mais altas do que os ciclones tropicais e só ocorre em águas abertas.[24]
Como as liberações defluxos decalor latente são importantes para o seu desenvolvimento e intensificação, praticamente todas as seclusões quentes ocorrem sobre osoceanos. No entanto, podem atingir países costeiros comventos com intensidade comparável à de furacões, comchuvas torrenciais.[27]Climatologicamente, oHemisfério norte presencia a formação de seclusões quentes durante os meses mais frios do ano, enquanto que oHemisfério sul presencia fortes ciclones extratropicais ao decorrer de todo o ano.[28]
Em todas asbacias oceânicas tropicais, com a exceção da bacia doOceano Índico norte, um ciclone extratropical que era anteriormente um sistema tropical pode voltar a se intensificar, levando à formação de uma seclusão quente.[29] Por exemplo, ofuracão Maria, de2005 intensificou-se novamente como um forte ciclone extratropical, e uma seclusão quente se formou durante o seu pico de intensidade (momento em que a pressão atmosférica mínima central é a mais baixa) da fase extratropical do ciclone.[30]
Os ciclones extratropicais formam-se em qualquer área dentro das regiões extratropicais daTerra, normalmente entre aslatitudes 30° e 60° de cada hemisfério, mesmo quando estão em processo deciclogênese outransição extratropical.[31] Um estudo sobre ciclones extratropicais noHemisfério sul revela que, entre os paralelos 30° e 70°, há uma média de 37 ciclones extratropicais em existência durante um período de 6 horas.[32] Um estudo separado noHemisfério norte sugere que aproximadamente 234 ciclones extratropicais significativos se formam a cada inverno.[33]
Ver artigo principal:Ciclogênese
Os ciclones extratropicais formam-se ao longo de áreas lineares de gradientes (diferenças) de temperatura e deponto de orvalho, com intensocisalhamento do vento, ou seja, grandes diferenças na direção e na velocidade do vento numa pequena região ou camada atmosférica.[34] Portanto, os ciclones extratropicais são classificados comociclones baroclínicos.[17] Inicialmente, ociclogênese, ou o processo de formação da área de baixa pressão, ocorre ao longo desistemas frontais, próximo a um quadrante favorável da região de maior intensidade dojet stream, uma forte corrente de ar de elevada altitude.[35] A região de maior intensidade dojet stream é chamada dejet streak.[35] Os quadrantes favoráveis dojet streak são normalmente o traseiro direito e o frontal esquerdo, onde adivergência atmosférica é a maior.[36] Isto gera uma "coluna vertical de ar" ascendente, por onde o ar segue rapidamente para níveis mais altos natroposfera.[34] Isto também gera a formação deconvergência atmosférica na área dos ventos de baixos níveis e acelera ainda mais o movimento ascendente do ar através da "coluna".[34] O aumento na velocidade do movimento ascendente do ar causa a queda da pressão atmosférica de superfície, pois o movimento do ar ascendente age contra agravidade, diminuindo o "peso" daatmosfera (pressão atmosférica de superfície) naquela localidade, e, assim, fortalecendo o ciclone.[37] Assim que o ciclone se intensifica, afrente fria associada segue em direção àlinha do Equador e gira ciclonicamente em torno da parte traseira do próprio ciclone.[34] Enquanto isso, a suafrente quente associada locomove-se mais lentamente, pois o ar mais frio à frente do sistema fica maisdenso e, portanto, mais difícil para se deslocar.[34] Com o passar do tempo, o cicloneoclude-se, pois a parte mais próxima aopólo geográfico terrestre da frente fria associada alcança uma parte da frente quente, forçando uma parte do ar quente naquele local a subir.[34] Assim sendo, o ciclone consegue "corrigir" azona baroclínica e fica barotropicamente frio. Com isso, o sistema começa a se enfraquecer.[2]
Uma queda repentina dapressão atmosférica é possível devido às fortes forças de altos níveis sobre o sistema, e, quando a pressão atmosférica cai mais do que 1milibar por hora, tal ciclone é às vezes referido como "bomba".[38][39][40] Nestas "bombas", a pressão atmosférica central mínima cai rapidamente para menos de 980milibares sob condições meteorológicas favoráveis, tais como a proximidade de um gradiente natural de temperatura como acorrente do Golfo, ou de um quadrante favorável de umjet streak de altos níveis, onde a divergência atmosférica sobre o ciclone é a maior e a mais favorável. Quanto mais forte a divergência de altos níveis, mais profundo o ciclone será. É mais provável encontrar ciclones extratropicais com intensidade equivalente a furacões nos oceanos Atlântico e Pacífico setentrionais durante os meses de Dezembro a Janeiro.[27] Entre 4 e 5 de janeiro de 1919, um ciclone extratropical ao sul dasprovíncias do atlânticas doCanadá intensificou-se para 928 milibares, intensidade equivalente à de um furacão de categoria 4 naescala de furacões de Saffir-Simpson.[41] NoÁrtico, a pressão mínima média de ciclones extratropicais é de 988 milibares durante o inverno e 1.000 milibares durante o verão.[42]
Ciclones tropicais frequentemente se transformam em ciclones extratropicais durante o período final de sua existência tropical. Tais transformações normalmente ocorrem entre as latitudes 30° e 40° de cada hemisfério, onde háforça suficiente decavados (áreas alongadas de baixa pressão) da alta troposfera, ou também onde há ondas curtas nosventos do oeste para o início do processo de transição extratropical.[43] Durante o processo da transição extratropical, o ciclone começa a se inclinar em direção às massas de ar mais frias dotadas de profundidade (altura) e a fonte primária de energia do ciclone provém da liberação decalor da condensação de processosbaroclínicos, ou seja, de temporais perto do centro ciclônico.[44] O sistema de baixa pressão finalmente perde o seu núcleo quente e se torna um sistema de núcleo frio.[44] Durante este processo, um ciclone em transição extratropical (conhecido noCanadá como estágio pós-tropical[45]) pode continuar invariável ou pode se conectar com frentes próximas e/ou cavados de baixa pressão baroclínicos.[44]
Os ciclones extratropicais são geralmente guiados, ou "levados", por profundosventos ocidentais, que seguem de oeste para leste em ambos os hemisférios terrestres. Este movimento geral das correntes atmosféricas é conhecido como "fluxo zonal".[46] A tendência geral onde prevalece as principais correntes atmosféricas que levam um ciclone extratropical é umregime de fluxo zonal conhecido como "ventos do oeste".[46]
Quando a tendência geral das correntes atmosféricas muda de um padrão zonal para um padrão meridional,[47] espera-se um movimento mais lento do ciclone para o norte ou para o sul.[48] Osfluxos meridionais, isto é, ventos que seguem paralelamente aos meridianos, fortalecem e amplificam cavados ecristas na pressão atmosférica e, com isso, as correntes atmosféricas começam a seguir numa direção mais ao norte ou ao sul.[48]
As mudanças na direção do vento desta natureza são mais normalmente observadas como resultado de uma interação do ciclone com outros sistemas debaixa pressão, comcavados ecristas na pressão atmosférica ou comanticiclones.[49] Um forte anticiclone estacionário pode efetivamente bloquear a passagem de um ciclone extratropical.[49] Taisepisódios de bloqueio são relativamente normais e resultarão geralmente no enfraquecimento do ciclone, no enfraquecimento do anticiclone, num desvio do movimento do ciclone para a periferia do anticiclone ou a combinação destes três fatores em algum grau, dependendo das condições meteorológicas precisas.[49] Também é comum um ciclone extratropical se fortalecer assim que o anticiclone ou a crista se enfraquece nestas circunstâncias.[50]
Quando um ciclone extratropical encontra outro ciclone (qualquer tipo devórtice ciclônico na atmosfera), os dois podem se combinar para se tornarem "ciclones binários", onde os vórtices dos dois ciclones começam a girar um em volta do outro, fenômeno conhecido como "efeito Fujiwara".[51] Quando isso acontece, frequentemente os dois ciclones se fundem, tornando-se apenas um ciclone extratropical, ou, menos comum, resulta na mudança de direção de um ou dos dois ciclones.[51] Os resultados precisos de tais interações dependem de fatores tais como o tamanho dos dois ciclones, de suas intensidades, de sua distância um do outro e das condições atmosféricas prevalecentes sobre eles.[51]
Ciclones extratropicais podem trazertempo moderadamente severo, com chuvas leves eventos de superfície entre 15 e 30km/h, ou podem ser frios e perigosos, com chuvas torrenciais e ventos que excedem 119 km/h.[6] A banda deprecipitação, que está associada com afrente quente do sistema, é frequentemente extensa.[52] Em ciclones extratropicais maduros, a área conhecida como a "cabeça de vírgula", localizada na periferia noroeste da área de baixa pressão de superfície, pode vir a ser uma região com forteprecipitação, com frequentestempestades outempestades de neve.[53] Os ciclones tendem a seguir ao longo de uma trajetória previsível a um nível moderado de progresso.[54] Durante o outono, o inverno e a primavera, aatmosfera sobre oscontinentes pode ser suficientemente fria através de toda atroposfera para causar a queda deneve.[55]
Linhas de tempestade ou bandas sólidas de fortes temporais podem se formar à frente dasfrentes frias e decavados devido à presença de umidade atmosférica significativa e, também, de forte divergência de altos níveis, levando à formação degranizo e de fortesventos.[56][57] Quando existe significativocisalhamento do vento à frente de uma frente fria, na presença dojet stream de altos níveis, é possível a formação detornados.[58] Embora os tornados possam se formar em qualquer lugar da Terra, o maior número de tais fenômenos ocorre nasGrandes Planícies dosEstados Unidos devido ao ventodescendente que segue de norte para o sul orientado pelasMontanhas Rochosas, que pode levar à formação de umafrente de ponto de orvalho, ou seja, à formação de uma região limítrofe entre o ar úmido e o ar seco sem que haja diferenças de temperatura ou de pressão atmosférica, ajudando no desenvolvimento dos tornados dequalquer intensidade.[59]
Intensificações explosivas de ciclones extratropicais podem acontecer a qualquer momento.[38] A tempestade conhecida noReino Unido como a "Grande tempestade de 1987" intensificou-se para 953 milibares e apresentou os ventos mais fortes já registrados em ciclones extratropicais, 220km/h, resultando na perda de 19 vidas, na queda de 15 milhões de árvores, de danos generalizados a residências e numa perda econômica estimada em 1,2 bilhão delibras esterlinas (2,3 bilhões dedólares).[60]
Embora a maioria dosciclones tropicais que se tornam extratropicais se dissipem rapidamente ou sejam absorvidos por outros sistemas meteorológicos, podem ainda reter ventos com intensidade de furacão ou de ventania naescala de Beaufort.[61] Em1954, oFuracão Hazel tornou-se um ciclone extratropical sobre aCarolina do Norte, Estados Unidos, como um forte sistema equivalente a um furacão de categoria 3 naescala de furacões de Saffir-Simpson.[62] Atempestade do dia de Colombo em 1962, que evoluiu do sistema remanescente dotufão Freda, causou grandes danos nos estados deOregon eWashington, Estados Unidos, equivalentes aos danos causados por um furacão de categoria 3.[63] Em2005, ofuracão Wilma começou a perder suas características tropicais enquanto ainda mantinha a intensidade de um furacão de categoria 3, e se tornou totalmente extratropical ainda como um furacão de categoria 1.[61]
Uma tempestade violenta durante aGuerra da Crimeia em 14 de novembro de 1854 causou a morte de 30 soldados e deu início aos estudos emmeteorologia e emprevisões do tempo naEuropa.[64] NosEstados Unidos, atempestade do dia de Colombo em 1962 provocou a menor pressão atmosférica já medida emOregon, 965,5hPa, além de fortes ventos e prejuízos de 170 milhões de dólares (valores em 1964).[63] Uma forte tempestade em franca intensificação atingiu ailha Vancouver em11 de Outubro de1984 e resultou na implementação de boias meteorológicas ao longo da costa oeste doCanadá.[65] Odesastre de Wahine, o mais famoso desastre marítimo daNova Zelândia, ocorreu durante a passagem de um intenso ciclone extratropical.[66]
Ver artigo principal:Ciclogênese, Modelo norueguês de ciclones e Modelo Shapiro-Keyser de ciclones
Há dois modelos de uso comum sobre o desenvolvimento e ciclo de vida dos ciclones extratropicais, omodelo norueguês e omodelo de Shapiro-Keyser.[67]
Das duas teorias sobre a estrutura e ciclo de vida dos ciclones extratropicais, a mais velha é o modelo norueguês de ciclones, desenvolvido durante aPrimeira Guerra Mundial.[68] Nesta teoria, os ciclones se intensificam assim que se movem para cima e ao longo de umlimite frontal,ocludindo-se e alcançando um ambientebarotropicamente frio.[68] O modelo foi desenvolvido completamente através deobservações meteorológicas de superfície, incluindo descrições das nuvens encontradas perto dos limites frontais.[68] Esta teoria ainda mantém o mérito e também é uma boa descrição de ciclones extratropicais sobre massascontinentais.[68]
Uma segunda teoria competitiva sobre a intensificação de ciclones extratropicais nosoceanos é omodelo de Shapiro-Keyser, desenvolvido em 1990.[69] As principais diferenças do modelo Shapiro-Keyser em comparação ao modelo norueguês de ciclones são a fratura dafrente fria, o tratamento das oclusões do tipo quente efrentes quentes como o mesmo sistema, além de permitir que a frente fria prossiga através do setor quenteperpendicular à frente quente.[69] Este modelo foi baseado em ciclones oceânicos e em suas estruturas frontais, como visto em observações de superfície e em projetos anteriores que usaram aeronaves para determinar a estrutura vertical das frentes noAtlântico noroeste.[69]
