منخفض ذو نواة باردة

المنخفض ذو النواة الباردة ، المعروف أيضًا باسم المنخفض العلوي أو الإعصار ذو النواة الباردة ، هو إعصار جوي علوي مصحوب بكتلة هواء باردة تقع على ارتفاعات عالية ضمن طبقة التروبوسفير للأرض ، دون وجود جبهة هوائية . وهو نظام ضغط منخفض يزداد قوته مع الارتفاع وفقًا لعلاقة الرياح الحرارية . إذا تشكل دوران سطحي ضعيف استجابةً لهذه الظاهرة في خطوط العرض شبه الاستوائية لشرق شمال المحيط الهادئ أو شمال المحيط الهندي ، يُطلق عليه اسم الإعصار شبه الاستوائي . ويحدث الغطاء السحابي والأمطار بشكل رئيسي مع هذه الأنظمة خلال النهار.

قد تحدث ظواهر جوية قاسية ، كالأعاصير القمعية ، بالقرب من مركز المنخفضات الجوية الباردة. وتساهم هذه المنخفضات في نشأة الأعاصير المدارية ذات التأثيرات الجوية الكبيرة ، مثل المنخفضات القطبية ودوامات كارمان . كما قد تؤدي المنخفضات الباردة مباشرةً إلى تطور الأعاصير المدارية، إما بسبب تجمع الهواء البارد المصاحب لها في طبقات الجو العليا، أو من خلال عملها كقنوات تدفق إضافية تُسهم في تطورها.

تكون الأعاصير الباردة أقوى في طبقات الجو العليا منها على سطح الأرض، أو أقوى في مناطق التروبوسفير ذات الضغط المنخفض، وفقًا لعلاقة الرياح الحرارية ومعادلة الارتفاع . تنص معادلة الارتفاع على أن الغلاف الجوي البارد يتميز بمساحة أقل بين أسطح الضغط، وهو ما يتوافق مع مفهوم انخفاض سمك الغلاف الجوي، وتشير علاقة الرياح الحرارية إلى أنه في هذه الحالة، تزداد سرعة الرياح مع الارتفاع. ^{[ 1 ] [ 2 ] : 59، 384-385.} وهذا يعني أيضًا وجود كتلة معزولة من الهواء البارد في طبقات الجو العليا مرتبطة بهذه الظاهرة. وبسبب مركزها البارد، يُظهر المركز منطقة ذات سمك أدنى. ولأن درجة الحرارة عند أي نصف قطر معين تكون متشابهة وموازية لاتجاه تدرج الضغط، وبالتالي اتجاه الرياح ، فإنها تُصنف ضمن الأعاصير الباروتروبية . ^{[ 3 ]} قد تكون حركة الأعاصير ذات النواة الباردة غير منتظمة نظرًا لانفصالها عن الحزام الرئيسي للرياح الغربية ، الذي كان من شأنه أن يوجهها تدريجيًا نحو الشرق. ^{[ 4 ]}

يحدث معظم الغطاء السحابي والهطول المصاحب لمنخفضات الهواء الباردة خلال ساعات النهار، حيث تُدفئ أشعة الشمس سطح الأرض، مما يُزعزع استقرار الغلاف الجوي ويُسبب حركة رأسية صاعدة. ^{[ 5 ]} يمكن أن تتطور الأحوال الجوية القاسية، وخاصة الأعاصير، بالقرب من مركز هذه الأنظمة فوق اليابسة في أي فصل من فصول السنة. ^{[ 6 ]} خلال فصل الشتاء، عندما تتحرك منخفضات الهواء الباردة ذات درجات الحرارة في المستويات المتوسطة من طبقة التروبوسفير لتصل إلى -45 درجة مئوية (-49 درجة فهرنهايت) فوق المياه المفتوحة، تتشكل تيارات حمل حراري عميقة تُتيح إمكانية تطور منخفضات الهواء القطبية . ^{[ 7 ]}  

تُعدّ منخفضات كونا ، ومعظم الأعاصير خارج المدارية ، والأعاصير المدارية في الطبقة العليا من التروبوسفير ، منخفضات ذات نواة باردة. في النصف الشرقي من شمال المحيط الهادئ وشمال المحيط الهندي، يُطلق على تشكّل دوران ضعيف أسفل منخفض في الطبقة الوسطى إلى العليا من التروبوسفير، والذي ينفصل عن الحزام الرئيسي للرياح الغربية خلال فصل الشتاء ، اسم الإعصار شبه المداري. في حالة شمال المحيط الهندي، يؤدي تشكّل هذا النوع من الدوامات إلى بدء هطول أمطار موسمية خلال موسم الأمطار . ^{[ 8 ]}

تتشكل المنخفضات الجوية على الساحل الشرقي بالقرب من المناطق الواقعة شرقها، حيث يتفاعل منخفض جوي بارد مع تدرج درجة حرارة سطح البحر على طول الساحل الشرقي للقارات ، مثل آسيا وأمريكا الشمالية وجنوب أفريقيا وأستراليا، ضمن منطقة ضغط جوي مرتفع موجودة مسبقًا . وتُعرف تلك المنخفضات قبالة الساحل الشرقي للولايات المتحدة ، والتي تتشكل عادةً بين شهري أكتوبر وأبريل، باسم "العواصف الشمالية الشرقية " . ^{[ 9 ]} لا ترتبط هذه المنخفضات في البداية بالجبهات الهوائية ، بل تتشكل بالتزامن مع المرتفعات الجوية العائقة عند خطوط العرض العليا، مما يؤدي إلى حركة بطيئة باتجاه القطب مع ارتفاع تدرج درجة حرارة سطح البحر. ويمكن أن تستمر المنخفضات الجوية على الساحل الشرقي لمدة تصل إلى أسبوع. وتتطور بعضها بسرعة، لتصبح ظواهر جوية قوية للغاية . وتوجد  دورة مدتها 4.5 سنوات في تشكل المنخفضات الجوية على الساحل الشرقي بالقرب من أستراليا، في السنوات الانتقالية بين سنوات ظاهرة النينيو الدافئة (النينيو) وسنوات ظاهرة لا نينا الباردة (النينيا). يمكن لهذه الأنظمة أن تُسبب رياحًا قوية، وأمطارًا غزيرة، وأمواجًا يزيد ارتفاعها عن 10 أمتار (33 قدمًا) ، وظهور عين الإعصار في صور الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية . ^{[ 10 ]} عادةً ما تكون المنخفضات الجوية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي سببًا لهطول الأمطار الغزيرة والعواصف في جنوب شرق أستراليا، وخاصةً خلال سنوات ظاهرة لا نينا . ^{[ 11 ]} 

يقع منخفض التروبوسفير العلوي الاستوائي الصيفي في نصف الكرة الجنوبي فوق منطقة الرياح التجارية في شرق وسط المحيط الهادئ، ويمكن أن يتسبب في تشكل الأعاصير المدارية قبالة سواحل أمريكا الوسطى . ^{[ 12 ]} في غرب المحيط الهادئ، تُعد المنخفضات التروبوسفيرية العلوية الاستوائية السبب الرئيسي للأعاصير المدارية القليلة التي تتشكل شمال خط العرض 20 شمالاً وشرق خط الطول 160 شرقاً خلال ظاهرة لا نينا . ^{[ 13 ]}

يمكن أن تتسبب الأعاصير العلوية والمنخفضات العلوية اللاحقة في قنوات تدفق إضافية وتساعد في عملية اشتداد الأعاصير المدارية. كما يمكن أن تساعد الاضطرابات المدارية الناشئة في تكوين أو تعميق المنخفضات العلوية أو الأحواض العلوية في أعقابها نتيجة لتيار النفاثات الخارجة من الاضطراب/الإعصار المداري الناشئ. ^{[ 14 ] [ 15 ]} في غرب شمال المحيط الهادئ، توجد علاقات تبادلية قوية بين مناطق تشكل الأعاصير المدارية ومناطق منخفضات الرياح الموسمية في طبقة التروبوسفير السفلى ومنخفض التروبوسفير العلوي المداري . ^{[ 16 ]} يمكن أن تتأثر حركة الأعاصير المدارية أيضًا بخلايا التروبوسفير العلوي المداري ضمن نطاق 1700 كيلومتر (1100 ميل) من موقعها، مما قد يؤدي إلى مسارات غير مناخية، مثل الحركة شرقًا داخل المناطق المدارية أو الحركة غربًا في منطقة تسود فيها عادةً الرياح الغربية . ^{[ 17 ]} 

عادةً، تُعدّ درجة حرارة المحيط البالغة 26.5  درجة مئوية (79.7  درجة فهرنهايت) على عمق لا يقل عن 50 مترًا (160 قدمًا) أحد الشروط الستة اللازمة للحفاظ على الإعصار المداري، وهو إعصار متوسط ​​الحجم. ^{[ 18 ]} ويمكن أن تؤدي درجات حرارة الهواء المنخفضة على ارتفاعات أعلى (مثلًا، عند مستوى 500 هكتوباسكال ، أو 5.9 كيلومتر) إلى تكوّن الأعاصير المدارية عند درجات حرارة مياه أقل من المعتاد، إذ يتطلب الأمر معدل انخفاض حراري معين لجعل الغلاف الجوي غير مستقر بما يكفي لحدوث الحمل الحراري. في جو رطب، يبلغ هذا المعدل 6.5 درجة مئوية/كيلومتر (19 درجة فهرنهايت/ميل)، بينما في جو تقل رطوبته النسبية عن 100% ، يبلغ المعدل المطلوب 9.8 درجة مئوية/كيلومتر (29 درجة فهرنهايت/ميل). ^{[ 19 ]} ومن الأمثلة الحديثة على الأعاصير المدارية التي استمرت فوق المياه الباردة إعصار أليكس الذي ضرب موسم أعاصير الأطلسي عام 2016 ، والذي تحول إلى إعصار فوق مياه بلغت درجة حرارتها 20 درجة مئوية فقط (68 درجة فهرنهايت) . ^{[ 20 ]}         

عند مستوى 500  هكتوباسكال، يبلغ متوسط ​​درجة حرارة الهواء -7  درجات مئوية (18  درجة فهرنهايت) في المناطق الاستوائية، إلا أن الهواء في هذه المناطق يكون جافًا عادةً عند هذا المستوى، مما يتيح للهواء فرصة التبريد تدريجيًا ، أي أن يبرد مع ازدياد رطوبته، ليصل إلى درجة حرارة أكثر ملاءمة تدعم الحمل الحراري. يتطلب بدء الحمل الحراري  في جو استوائي درجة حرارة رطبة تبلغ -13.2 درجة مئوية (8.2 درجة فهرنهايت) عند مستوى 500 هكتوباسكال، إذا كانت درجة حرارة الماء 26.5 درجة مئوية (79.7 درجة فهرنهايت) . ويتغير هذا الشرط الحراري، صعودًا وهبوطًا، بنسبة 1 درجة مئوية في درجة حرارة سطح البحر لكل تغير بمقدار درجة مئوية واحدة عند مستوى 500 هكتوباسكال. في ظل إعصار بارد، قد تنخفض درجات الحرارة عند مستوى 500 هكتوباسكال إلى -30 درجة مئوية (-22 درجة فهرنهايت) ، مما قد يؤدي إلى بدء الحمل الحراري حتى في أكثر الأجواء جفافًا. وهذا يفسر أيضاً سبب كون الرطوبة في الطبقات الوسطى من التروبوسفير ، عند مستوى 500 هكتوباسكال تقريباً، شرطاً أساسياً لتطور الظواهر الجوية. مع ذلك، عندما يوجد هواء جاف على نفس الارتفاع، يجب أن تكون درجات الحرارة عند مستوى 500 هكتوباسكال أبرد، لأن الغلاف الجوي الجاف يتطلب معدل انخفاض حراري أكبر لحدوث عدم الاستقرار مقارنةً بالغلاف الجوي الرطب. ^{[ 2 ] : 76-77 [ 21 ]} عند الارتفاعات القريبة من التروبوبوز ، بلغ متوسط ​​درجة الحرارة على مدى 30 عاماً (كما تم قياسها خلال الفترة من 1961 إلى 1990) -77 درجة مئوية (-132 درجة فهرنهايت). ^{[ 22 ]}              

• انخفاض القطع
• مسبح بارد