vignette|Carte météorologique fictive d'un cyclone extratropical affectant la Grande-Bretagne et l'Irlande. Les flèches bleues et rouges entre les isobares indiquent la direction des vents, alors que le symbole D marque le centre de la dépression, soit l'endroit de la plus basse pression atmosphérique. Un cyclone extratropical ou dépression extratropicale est un système météorologique de basse pression, d'échelle synoptique, qui se forme entre la ligne des tropiques et le cercle polaire... Il est associé à des fronts, soit des zones de gradients horizontaux de la température et du point de rosée, que l'on nomme aussi zones baroclines ..
Les dépressions extratropicales ont des caractéristiques différentes des cyclones tropicaux, alimentés par la convection atmosphérique, et des cyclones polaires plus au nord. Ils sont en fait les dépressions météorologiques qui passent quotidiennement sur la majorité du globe. Avec les anticyclones, ils régissent le temps sur la Terre, produisant nuages, pluie, vents et orages.
Terminologie L'adjectif extratropical signifie que ce type de tempête se produit en général aux latitudes moyennes de la Terre et que ces systèmes ont une organisation différente des cyclones tropicaux. On les connait sous différents autres noms : cyclones des latitudes moyennes ou dépressions des latitudes moyennes, en raison de leur lieu de formation. On a également les cyclones post-tropicaux, s'ils sont le résultat d'une transition extratropicale.., soit la capture par la circulation atmosphérique des restants d'un cyclone tropical. Les prévisionnistes et le public les nomment en général seulement "dépressions" ou "basses pressions".
Les cyclones extratropicaux ou dépressions extratropicales sont surtout de nature barocline parce qu'ils se forment le long de zones de gradient de la température et du point de rosée. Ils peuvent devenir ensuite barotropes lorsque la distribution de la chaleur autour du système devient pratiquement uniforme.
Formation vignette|Zones approximatives de formation des cyclones extratropicaux Les cyclones extratropicaux se forment dans une région située entre 30° et 60° de latitude de part et d'autre de l'équateur, soit par cyclogénèse, soit par transition extratropicale. Une étude des cyclones extratropicaux dans l'Hémisphère Sud montre qu'entre les et parallèles, il y a en moyenne 37 cyclones en activité pour chaque période de 6 heures . Une autre étude dans l'Hémisphère nord suggère qu'il se crée environ 234 cyclones extratropicaux significatifs chaque hiver .
Cyclogénèse vignette|Un courant jet de haute altitude. DIV indique les régions de divergence en altitude qui causeront une convergence à la surface et initieront la cyclogénèse.
Les cyclones extratropicaux sont qualifiés de cyclones barocliniques car leur développement a lieu le long de fronts météorologiques où on retrouve un cisaillement vertical important des vents. Ce cisaillement crée en altitude le courant-jet autour duquel on retrouve des zones de subsidence et d'ascendance de l'air. Ces dernières sont responsables de la cyclogénèse.
En effet, les vents au cœur du courant-jet sont plus forts qu'autour de celui-ci. Lorsqu'il se déplace, on a une accumulation d'air dans la zone d'où il s'approche et une perte dans celle qu'il délaisse. Sur l'image ci-contre, on voit la répartition des zones où l'air converge et diverge par rapport au cœur du courant-jet. Dans les quadrants de divergence, on a une perte d'air en altitude ce qui crée un appel d'air des couches inférieures et génère une convergence en surface pour compenser.
Ce processus donne deux choses : une diminution de la pression à la surface, car la masse de la colonne d'air à cet endroit est moindre, et la rotation cyclonique de l'air, à cause de la déviation par la force de Coriolis. Le passage du courant-jet au-dessus d'une zone frontale plus ou moins stationnaire est donc l'initiateur de ce type de dépressions météorologiques.
Intensité
Les cyclones extratropicaux vont varier en intensité. On peut retrouver de faibles dépressions d'à peine qui vont donner des vents légers et peu de précipitations mais également des tempêtes dévastatrices. Dans l'Arctique, la pression moyenne pour des cyclones est de en hiver et de en été..
Une rapide chute de la pression atmosphérique dans ces systèmes est due à des forces importantes exercées par le courant-jet. Lorsque les pressions descendent de plus d'un millibar par heure, on nomme un tel cyclone une « bombe.. ». Ces bombes font rapidement chuter la pression à moins de lorsque les conditions leur sont favorables. Par exemple, cela se produit à proximité de gradients de température naturels permanents, comme le Gulf Stream, qui s'ajoutent à une zone frontale déjà présente dans l'atmosphère.
Plus la divergence dans les hautes couches est importante, plus le cyclone se renforce. Les bombes ont une puissance comparable à celle d'un ouragan et se forment le plus souvent sur l'Atlantique Nord et le Pacifique Nord entre la mi-novembre et la fin de février.
Transition extratropicale vignette|upright=0.75|L’ouragan Florence dans l'Atlantique Nord après sa transition d'ouragan en cyclone extratropical
Les cyclones tropicaux se transforment souvent en cyclones extratropicaux à la fin de leur existence tropicale. En général, cela se produit entre les 30° et 40° de latitude lorsqu'ils sont capturés dans la circulation rapide d'ouest à ces latitudes. Lors de la transition, le cyclone amorce son entrée dans une masse d'air en altitude plus froide. Sa source d'énergie passe alors du relâchement de chaleur latente, par la condensation provenant des orages en son centre, en processus baroclinique.
Le système de basse pression perd ensuite son cœur chaud et devient un système à cœur froid. Lors de ce processus, un cyclone en transition extratropicale (connu au Canada comme étape post-tropicale) va invariablement former ou se fondre avec les fronts environnants et/ou rejoindre un important système baroclinique. La taille du système semble alors croître mais son cœur faiblit. Cependant lorsque la transition est achevée, la tempête peut reprendre en puissance, grâce à l'énergie baroclinique, si les conditions environnementales sont favorables. Le cyclone modifiera aussi sa forme, devenant graduellement moins symétrique.
En de rares occasions, un cyclone extratropical peut se transformer en cyclone tropical s'il atteint une région de l'océan avec des eaux plus chaudes et où l'on retrouve un cisaillement vertical faible des vents. La principale saison de cette cyclogénèse subtropicale se situe entre septembre et octobre, lorsque la différence entre la température de l'air en altitude et la température de surface de la mer est la plus grande. Ceci conduit à une instabilité potentielle plus importante.
Structure Pression et distribution horizontale des vents
vignette|Image QuikSCAT de cyclones extratropicaux au-dessus de l'océan. Les vents les plus violents se trouvent hors de l'occlusion. La plus basse pression d'un cyclone extratropical se trouve en son centre. La circulation des vents autour d'un tel système est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud.
Le tout est causé par la force de Coriolis. En effet, le gradient de pression et la force de Coriolis doivent à peu près s'équilibrer pour éviter que le cyclone ne s'effondre lui-même et la balance entre les deux donne le vent. Ce dernier est donc plus ou moins parallèle aux isobares et peut être estimé par le vent géostrophique.
La pression au centre du cyclone va diminuer au fur et à mesure de sa croissance et les vents vont s'intensifier. Les vents les plus forts se retrouvent en général du côté froid des fronts et de l'occlusion, soit celui vers les pôles. C'est un secteur où le gradient de pression est maximum.
Le sens de rotation des vents dans ces systèmes pousse l'air froid vers l'équateur et l'air chaud vers les pôles. Dans la plupart des cyclones extratropicaux, la zone frontale prend la forme d'une onde, comme dans le schéma de droite. À cause de cette apparence sur les images satellitaires, les cyclones extratropicaux sont parfois appelés onde frontale au début de leur développement. Aux États-Unis, l'ancien nom d'un tel système était "onde frontale chaude".
vignette|Cyclonisation et développement Alors qu'il se renforce, le front froid se déplace à l'arrière du système et le front chaud à l'avant. Le premier se déplace en général plus rapidement que le second car l'air froid plus dense repousse l'air chaud en altitude plus facilement. Lorsque le front froid rattrape et dépasse le front chaud, on parle du stade d’occlusion. Lors de cette dernière, le système dépressionnaire se déplace toujours, mais un ralentissement commence à se faire sentir. On retrouve alors une langue d'air chaud en altitude, entre la dépression et les fronts, qu'on appelle front occlus ou trowal, selon sa position au sol ou en altitude. Le cyclone devient alors barotrope, c'est-à-dire de température également froide dans toutes les directions et stratifiée dans la verticale. Il s'ensuit, au centre, une remontée de la pression et un affaiblissement tel que le système deviendra stationnaire dans bien des cas et disparaîtra éventuellement.
Structure verticale Les cyclones extratropicaux s'incurvent vers l'air froid et se renforcent en altitude, dépassant parfois les 9000 mètres d'épaisseur.. La température au centre du cyclone est plus froide que celle environnante : c'est exactement l'inverse de celle d'un cyclone tropical. C'est pourquoi on les nomme parfois "dépressions à cœur froid".. On peut analyser les cartes à différents niveaux de pression, comme les cartes de pression à 700 hPa (environ 3 000 mètres d'altitude), pour se rendre compte des caractéristiques d'un système à cœur froid en fonction de l'altitude. Les diagrammes de phases cycloniques permettent ensuite de déterminer si un cyclone est tropical, subtropical, ou extratropical ..
Évolution du cyclone
Il existe actuellement deux modèles des cycles et de l'évolution d'un cyclone - le modèle norvégien et le modèle de Shapiro-Keyser..
Modèle norvégien vignette|upright=0.65|Occlusion d'un système mature dans le modèle norvégien L'école norvégienne de météorologie a développé un modèle idéalisé de formation, maturation et mort des dépressions des latitudes moyennes durant la Première Guerre mondiale. En 1919, ces météorologistes ont publié les résultats de leurs recherches fondés presque exclusivement sur des observations de surface et seulement quelques sondages d'altitude. Ce concept s'est graduellement répandu dans le monde ... Le point principal de ce modèle est que ce processus est prévisible alors que la dépression progresse à travers la frontière frontale et entre graduellement dans la masse d'air froid. On retrouve donc l'onde initiale le long de la partie la plus près de l'air chaud alors que les systèmes matures se retrouvent dans l'air froid et qu'une nouvelle onde frontale s'en éloigne avec le front..
Le modèle des ceintures d'écoulement explore la relation entre la configuration des principaux courants d’air autour d'une dépression des latitudes moyennes et les caractéristiques de l'atmosphère comme le courant-jet, les intrusions sèches et la circulation des masses nuageuses. Il fut développé comme un complément du modèle norvégien lorsque les photos des satellites météorologiques ont permis de suivre le mouvement en trois dimensions des nuages.
Modèle de Shapiro-Keyser vignette|gauche|Cyclogénèse de Shapiro-Keyser