2007 Scholen Wikipedia Selectie. Gerelateerde onderwerpen: Klimaat en het Weer
Oog van de orkaan Isabel, categorie 4, gezien vanuit het internationale ruimtestation op 15 september 2003
Het oog is een gebied met meestal rustig weer dat zich in het centrum van sterke tropische cyclonen bevindt. Het oog van een storm is meestal cirkelvormig en heeft een diameter van 40-65 km. Het wordt omringd door de oogmuur, waar het zwaarste weer van een cycloon plaatsvindt. De laagste barometerdruk van de cycloon treedt op in het oog, en kan wel 15% lager zijn dan de atmosferische druk buiten de storm.
Basisdefinities
Een blik vanuit het binnenste van het oog van orkaan Betsy. Op deze foto, genomen door Hurricane Hunters op een vliegtuig in het midden van het oog, zijn lage wolken te zien die de oceaan op de voorgrond bedekken, met op de achtergrond de kilometershoge oogmuur.
Het oog is misschien wel het meest herkenbare kenmerk van tropische cyclonen. Omgeven door een verticale muur van onweersbuien (de oogmuur), is het oog een ruwweg cirkelvormig gebied in het centrum van de circulatie van de cycloon. Bij sterke tropische cyclonen wordt het oog gekenmerkt door lichte winden en een heldere hemel, aan alle kanten omgeven door een torenhoge, symmetrische oogmuur. In zwakkere tropische cyclonen is het oog minder duidelijk afgebakend en kan het bedekt zijn door de centrale dichte bewolking, een gebied van hoge, dikke wolken die helder op satellietbeelden te zien zijn. Zwakkere of ongeorganiseerde stormen kunnen ook een oogmuur hebben die het oog niet volledig omcirkelt, of een oog met zware regenval. In alle stormen is het oog echter de plaats waar de minimum barometerdruk van de storm optreedt: het gebied waar de atmosferische druk op zeeniveau het laagst is.
Een dwarsdoorsnedediagram van een volwassen tropische cycloon, met pijlen die de luchtstroming in en rond het oog aangeven.
Structuur
Een typische tropische cycloon heeft een oog met een doorsnede van ongeveer 40 km, dat zich meestal in het geometrische centrum van de storm bevindt. Het oog kan helder zijn of met vlekkerige lage bewolking (een helder oog), het kan gevuld zijn met lage- en middelbare bewolking (een gevuld oog), of het kan aan het zicht onttrokken zijn door de centrale dichte bewolking. Er is echter zeer weinig wind en regen, vooral nabij het centrum. Dit staat in schril contrast met de omstandigheden in de oogmantel, waar de sterkste winden van de storm heersen.
Hoewel de ogen normaal gesproken vrij symmetrisch zijn, kunnen ze langwerpig en onregelmatig zijn, vooral bij afzwakkende stormen. Een groot rafelig oog is een niet-cirkelvormig oog dat er gefragmenteerd uitziet, en een indicator is van een zwakke of afzwakkende tropische cycloon. Een open oog is een oog dat cirkelvormig kan zijn, maar de oogwand omsluit het oog niet volledig, wat ook duidt op een verzwakkende, vochtarme cycloon.
De orkaan Nate, zoals te zien op deze foto op 6 september 2005, vertoont een met wolken gevuld oog.
Terwijl typische volwassen stormen ogen hebben die enkele tientallen kilometers in doorsnee zijn, kunnen snel intensiverende stormen een extreem klein, helder, en cirkelvormig oog ontwikkelen, dat een pinhole eye wordt genoemd. Stormen met pinhole eyes zijn gevoelig voor grote schommelingen in intensiteit, en leveren moeilijkheden en frustraties op voor de voorspellers.
Kleine ogen (minder dan 10 nmi in doorsnee) veroorzaken vaak oogwandvervangingscycli, waarbij een nieuwe oogwand zich begint te vormen buiten de oorspronkelijke oogwand. Dit kan gebeuren van tien tot een paar honderd mijl (vijftien tot honderden kilometers) buiten het binnenste oog. Het resultaat is dat de storm twee concentrische oogwallen heeft, of een “oog in een oog”. In de meeste gevallen krimpt de buitenste oogmuur snel na de vorming, waardoor het binnenste oog wordt verstikt en een veel groter, maar stabiel oog ontstaat. Hoewel dit proces de neiging heeft stormen te verzwakken, kan de nieuwe oogmuur vrij snel na het verdwijnen van de oude oogmuur weer samentrekken, waardoor de storm weer aansterkt en het proces zich herhaalt. De samengetrokken nieuwe oogwand kan een nieuwe cyclus van oogwandvervanging veroorzaken.
Oogwinden kunnen in grootte variëren van 320 km (tyfoon Carmen) tot slechts 3 km (orkaan Wilma) in doorsnee. Hoewel het zeer ongebruikelijk is dat stormen met grote ogen zeer intens worden, komt het wel voor, vooral in ringvormige orkanen. De orkaan Isabel was de elfde krachtigste Atlantische orkaan aller tijden, en had gedurende enkele dagen een groot oog met een doorsnede van 40-50 mijl (65-80 km).
Vorming
Tropische cyclonen ontstaan meestal uit grote, ongeorganiseerde gebieden met verstoord weer in tropische gebieden. Naarmate zich meer onweersbuien vormen en zich verzamelen, ontwikkelt de storm regenbanden die rond een gemeenschappelijk centrum beginnen te draaien. Naarmate de storm sterker wordt, vormt zich een ring van sterkere convectie op een bepaalde afstand van het roterende centrum van de zich ontwikkelende storm. Aangezien sterkere onweersbuien en zwaardere regen markeren gebieden van sterkere updrafts, begint de barometerdruk aan het oppervlak te dalen, en lucht begint zich op te hopen in de hogere niveaus van de cycloon. Dit resulteert in de vorming van een anticycloon op het bovenste niveau, of een gebied van hoge atmosferische druk boven de centrale dichte bewolking. Het gevolg is dat het grootste deel van deze opgebouwde lucht anticyclonaal naar buiten stroomt boven de tropische cycloon.
Ozonmetingen verzameld boven de orkaan Erin op 12 september 2001. In de oogwand (ring van blauw en violet) stijgt de lucht snel op vanaf het aardoppervlak, waar bijna geen ozon aanwezig is. In het oog (cirkel van groen en geel) zakt lucht uit de ozonrijke stratosfeer, waardoor meer ozon aanwezig is.
Een klein deel van de opgebouwde lucht stroomt echter, in plaats van naar buiten, naar binnen, naar het centrum van de storm. Hierdoor bouwt de luchtdruk nog verder op, tot het punt waarop het gewicht van de lucht de kracht van de opwaartse luchtstromen in het centrum van de storm tegenwerkt. De lucht begint in het centrum van de storm te dalen, waardoor een grotendeels regenvrij gebied ontstaat; een nieuw gevormd oog.
Er zijn veel aspecten van dit proces die een mysterie blijven. Wetenschappers weten niet waarom zich een ring van convectie vormt rond het circulatiecentrum in plaats van er bovenop, of waarom de anticycloon op het hogere niveau slechts een deel van de overtollige lucht boven de storm uitwerpt. Er bestaan honderden theorieën over het precieze proces waardoor het oog wordt gevormd: het enige dat zeker is, is dat het oog noodzakelijk is voor tropische cyclonen om hoge windsnelheden te bereiken.
Opsporing
De vorming van een oog is bijna altijd een indicator van toenemende organisatie en kracht van de tropische cycloon. Daarom houden voorspellers stormen in ontwikkeling nauwlettend in de gaten voor tekenen van oogvorming.
Voor stormen met een helder oog is detectie van het oog zo simpel als het bekijken van beelden van een weersatelliet. Maar voor stormen met een gevuld oog, of een oog dat volledig wordt bedekt door de centrale dichte bewolking, moeten andere detectiemethoden worden gebruikt. Waarnemingen vanaf schepen en Hurricane Hunters kunnen een oog visueel lokaliseren, door te kijken naar een daling van de windsnelheid of een gebrek aan neerslag in het centrum van de storm. In de Verenigde Staten kan een netwerk van NEXRAD Doppler-radarstations ogen nabij de kust detecteren. Weersatellieten zijn ook uitgerust met apparatuur voor het meten van atmosferische waterdamp en wolkentemperaturen, die kunnen worden gebruikt om een zich vormend oog op te sporen. Bovendien hebben wetenschappers onlangs ontdekt dat de hoeveelheid ozon in het oog veel groter is dan de hoeveelheid in de oogwand, als gevolg van lucht die uit de ozonrijke stratosfeer zakt.
Andere verschijnselen
Oogwandvervangingscycli
Oogwandvervangingscycli, ook wel concentrische oogwandcycli genoemd, komen van nature voor bij intense tropische cyclonen, meestal met windsnelheden van meer dan 115 mph (185 km/u), of grote orkanen (cat 3 of hoger). Wanneer tropische cyclonen deze intensiteitsdrempel bereiken, en de oogmantel samentrekt of al voldoende klein is (zie boven), kunnen sommige van de buitenste regenbanden sterker worden en zich organiseren in een ring van onweersbuien – een buitenste oogmantel – die langzaam naar binnen beweegt en de binnenste oogmantel berooft van zijn benodigde vocht en hoekmomentum. Aangezien de sterkste winden zich in de oogmuur van een cycloon bevinden, verzwakt de tropische cycloon gewoonlijk tijdens deze fase, omdat de binnenste muur wordt “verstikt” door de buitenste muur. Uiteindelijk vervangt de buitenste oogmuur de binnenste volledig, en kan de storm weer aanwakkeren.
De ontdekking van dit proces was gedeeltelijk verantwoordelijk voor het einde van het orkaanmodificatie-experiment Project Stormfury van de regering van de V.S. Dit project had tot doel wolken buiten de oogmuur te zaaien, waardoor zich een nieuwe oogmuur zou vormen en de storm zou verzwakken. Toen men ontdekte dat dit een natuurlijk proces was als gevolg van de dynamiek van orkanen, werd het project snel opgegeven.
Bijna elke zware orkaan ondergaat tijdens zijn bestaan ten minste één van deze cycli. Orkaan Allen in 1980 onderging herhaaldelijk cycli van oogwandvervanging, waarbij hij op de schaal van Saffir-Simpson verscheidene malen schommelde tussen de status van categorie 5 en categorie 3. Orkaan Juliette (2001) was een zeldzaam gedocumenteerd geval van drievoudige oogwanden.
Grachten
Een gracht in een tropische cycloon is een duidelijke ring buiten de oogwand, of tussen concentrische oogwallen, die wordt gekenmerkt door langzaam zakkende lucht, weinig of geen neerslag, en een door spanning gedomineerde stroming. De gracht tussen de oogwallen is slechts één voorbeeld van een snelle filamentatiezone, of een gebied in de storm waar de rotatiesnelheid van de lucht sterk verandert in verhouding tot de afstand tot het centrum van de storm. Dergelijke door spanning gedomineerde gebieden kunnen worden aangetroffen in de buurt van elke wervelwind van voldoende sterkte, maar zijn het meest uitgesproken in sterke tropische cyclonen.
Mesovortices in de oogwand
Een foto van het oog van orkaan Wilma, genomen om 8:22 CDT 19 oktober 2005, door de bemanning aan boord van het internationale ruimtestation van de NASA, 222 mijl boven de aarde. Op dat moment was Wilma de sterkste Atlantische orkaan in de geschiedenis, met windsnelheden van 280 km/uur en een minimale centrale druk van slechts 882 mbar. Dit is niet alleen een klassiek voorbeeld van een pinhole eye (het kleinste oog dat ooit is waargenomen – slechts 3 km in doorsnee), maar ook van het stadioneffect, waarbij de oogwand naar buiten en omhoog helt.
Eyewall mesovortices zijn kleinschalige rotatiekenmerken die worden aangetroffen in de oogwanden van intense tropische cyclonen. Zij zijn in principe vergelijkbaar met kleine “zuigwervels”, die vaak in tornado’s met meervoudige wervelingen worden waargenomen. In deze wervelingen kan de windsnelheid tot 10% hoger zijn dan in de rest van de oogwand. Oogwalm mesovortices komen het meest voor tijdens perioden van intensivering in tropische cyclonen.
Eyewall mesovortices vertonen vaak ongewoon gedrag in tropische cyclonen. Meestal draaien ze rond het lagedrukcentrum, maar soms blijven ze stationair. Er zijn zelfs gevallen bekend van mesovortices die het oog van een storm kruisen. Deze verschijnselen zijn waargenomen, experimenteel en theoretisch gedocumenteerd.
Eyewall mesovortices zijn een belangrijke factor bij de vorming van tornado’s na het aan land komen van een tropische cycloon. Mesovortices kunnen rotatie veroorzaken in individuele onweersbuien (een mesocyclone), wat leidt tot tornadische activiteit. Wanneer de tropische cycloon aan land komt, ontstaat er wrijving tussen de circulatie van de tropische cycloon en het land. Hierdoor kunnen de mesovortices afdalen naar het oppervlak, waardoor grote uitbraken van tornado’s ontstaan.
Stadioneffect
Het stadioneffect is een verschijnsel dat af en toe wordt waargenomen bij sterke tropische cyclonen. Het komt vrij vaak voor, waarbij de wolken van de oogmantel naar buiten buigen ten opzichte van het oppervlak. Hierdoor lijkt het oog vanuit de lucht op een open koepel, vergelijkbaar met een sportstadion. Een oog is altijd groter aan de top van de storm, en kleiner aan de onderkant van de storm omdat de opstijgende lucht in de oogwal isolijnen van gelijk impulsmoment volgt, die ook naar buiten hellen met de hoogte. Dit verschijnsel verwijst naar de kenmerken van tropische cyclonen met zeer kleine ogen, waar het hellende verschijnsel veel meer uitgesproken is.
Gevaren
Hoewel het oog verreweg het rustigste deel van de storm is, met geen wind in het centrum en doorgaans een heldere hemel, is het boven de oceaan misschien wel het gevaarlijkste gebied. In de oogmuur bewegen de door de wind aangedreven golven allemaal in dezelfde richting. In het centrum van het oog echter komen golven uit alle richtingen samen, waardoor grillige kammen ontstaan die op elkaar kunnen voortbouwen, waardoor schurkengolven ontstaan. De maximumhoogte van orkaangolven is onbekend, maar nieuw onderzoek wijst uit dat typische orkanen golfhoogten kunnen hebben van bijna 33 meter (100 voet).
Een veelgemaakte fout, vooral in gebieden waar orkanen zelden voorkomen, is dat bewoners naar buiten lopen om de schade te inspecteren terwijl het oog passeert, in de veronderstelling dat de storm voorbij is. Ze worden dan volkomen verrast door de hevige winden in de tegenoverliggende oogmuur. De National Weather Service raadt het sterk af om te schuilen terwijl het oog passeert.
Andere stormen
Hoewel alleen tropische cyclonen structuren hebben die officieel “ogen” worden genoemd, zijn er ook andere stormen die oogachtige structuren kunnen vertonen:
De Noord-Amerikaanse sneeuwstorm van 2006, een extratropische storm, vertoonde bij zijn piekintensiteit een oogachtige structuur (hier te zien net ten oosten van het Delmarva schiereiland).
Polar lows
Polar lows zijn weersystemen op mesoschaal (meestal kleiner dan 600 mijl of 1000 km in doorsnee) die in de buurt van de polen voorkomen. Net als tropische cyclonen vormen ze zich boven relatief warm water, kunnen ze diepe convectie (onweersbuien) vertonen, en windstoten van stormkracht of meer (> 31 mph, 50 km/h). In tegenstelling tot tropische stormen gedijen zij echter bij veel koudere temperaturen en op veel hogere breedtegraden. Zij zijn ook kleiner en duren korter (slechts weinigen duren langer dan een dag of zo). Ondanks deze verschillen lijken ze qua structuur veel op tropische cyclonen, met een duidelijk oog omgeven door een oogmuur en regen-/sneeuwbanden.
Extratropische stormen
Extratropische stormen zijn lagedrukgebieden die op de grens van verschillende luchtmassa’s voorkomen. Bijna alle stormen die op midden-latitudes voorkomen zijn extratropisch van aard, met inbegrip van de klassieke Noord-Amerikaanse nor’easters en Europese windstormen. De zwaarste van deze stormen kunnen een duidelijk “oog” hebben op de plaats van de laagste barometerdruk, hoewel het gewoonlijk wordt omgeven door lagere, niet-convectieve wolken en zich aan de achterkant van de storm bevindt.
Subtropische stormen
Subtropische stormen zijn cyclonen die enkele extratropische kenmerken en enkele tropische kenmerken hebben. Als zodanig kunnen zij een oog hebben, maar zijn geen echte tropische stormen. Subtropische stormen kunnen zeer gevaarlijk zijn, met hoge winden en zeeën, en ontwikkelen zich vaak tot echte tropische stormen. Daarom is het National Hurricane Centre in 2002 begonnen subtropische stormen in hun naamgeving op te nemen.
Tornado’s
Tornado’s zijn destructieve, kleinschalige stormen, die de snelste winden op aarde produceren. Er zijn twee hoofdtypen: tornado’s met een enkele wervel, die bestaan uit een enkele draaiende luchtkolom, en tornado’s met meerdere wervels, die bestaan uit kleine zuigwervels, die lijken op minitornado’s zelf, die allemaal rond een gemeenschappelijk centrum draaien. Van beide types tornado’s wordt verondersteld dat zij rustige centra hebben, die door sommige meteorologen “ogen” worden genoemd. Deze theorieën worden ondersteund door doppler radarwaarnemingen en ooggetuigenverslagen.