Die folgenden Typen von Wirbelstürmen sind in synoptischen Karten erkennbar.
Flächenbasierte Typen
Es gibt drei Haupttypen von oberflächenbasierten Zyklonen: Außertropische Wirbelstürme, Subtropische Wirbelstürme und Tropische Wirbelstürme
Außertropischer Wirbelsturm
Eine außertropische Zyklone ist ein Tiefdruck-Wettersystem auf der synoptischen Skala, das keine tropischen Eigenschaften aufweist, da es mit Fronten und horizontalen (statt vertikalen) Temperatur- und Taupunktgradienten verbunden ist, die auch als „barokline Zonen“ bezeichnet werden.
„Außertropisch“ wird auf Zyklonen außerhalb der Tropen, in den mittleren Breiten, angewendet. Diese Systeme können aufgrund ihres Entstehungsgebietes auch als „Wirbelstürme der mittleren Breiten“ oder als „posttropische Wirbelstürme“ bezeichnet werden, wenn ein tropischer Wirbelsturm über die Tropen hinausgewandert ist (außertropischer Übergang). Sie werden von Meteorologen und der breiten Öffentlichkeit oft als „Tiefdruckgebiete“ oder „Tiefs“ bezeichnet. Dies sind die alltäglichen Phänomene, die zusammen mit den Antizyklonen das Wetter über einem großen Teil der Erde bestimmen.
Auch wenn außertropische Zyklonen fast immer als baroklin eingestuft werden, da sie sich entlang von Zonen mit Temperatur- und Taupunktgradienten innerhalb der Westwinde bilden, können sie manchmal spät in ihrem Lebenszyklus barotrop werden, wenn die Temperaturverteilung um den Zyklon herum mit dem Radius ziemlich einheitlich wird. Ein außertropischer Wirbelsturm kann sich in einen subtropischen Sturm und von dort aus in einen tropischen Wirbelsturm verwandeln, wenn er über ausreichend warmen Gewässern verweilt, um seinen Kern zu erwärmen, und infolgedessen eine zentrale Konvektion entwickelt. Ein besonders intensiver Typ eines außertropischen Wirbelsturms, der im Winter auftritt, wird umgangssprachlich als Nor’easter bezeichnet.
Polartief
Ein Polartief ist ein kleinräumiges, kurzlebiges atmosphärisches Tiefdruckgebiet (Depression), das über den Ozeangebieten polwärts der Hauptpolarfront sowohl in der nördlichen als auch in der südlichen Hemisphäre zu finden ist. Polartiefs wurden erstmals in den 1960er Jahren mit Hilfe von meteorologischen Satellitenbildern identifiziert, die viele kleinräumige Wolkenwirbel in hohen Breitengraden zeigten. Die aktivsten Polartiefs treten im Winter über bestimmten eisfreien Seegebieten in der Arktis oder in deren Nähe auf, z. B. in der Norwegischen See, der Barentssee, der Labradorsee und im Golf von Alaska. Polartiefs lösen sich schnell auf, wenn sie an Land gehen. Antarktische Systeme sind in der Regel schwächer als ihre nördlichen Gegenstücke, da die Temperaturunterschiede zwischen Luft und Meer rund um den Kontinent im Allgemeinen geringer sind. Über dem Südlichen Ozean sind jedoch kräftige Polartiefs zu finden. Im Winter, wenn Kaltlufttiefs mit Temperaturen von bis zu -45 °C in den mittleren Höhen der Troposphäre über offene Gewässer ziehen, bildet sich tiefe Konvektion, die die Entwicklung von Polartiefs ermöglicht. Diese Systeme haben in der Regel eine horizontale Ausdehnung von weniger als 1.000 Kilometern und bestehen nicht länger als ein paar Tage. Sie gehören zu der größeren Klasse der mesoskaligen Wettersysteme. Polartiefs sind mit herkömmlichen Wetterberichten nur schwer zu erkennen und stellen eine Gefahr für den Betrieb von Schiffen, Gas- und Ölplattformen in hohen Breitengraden dar. Polartiefs wurden mit vielen anderen Begriffen bezeichnet, z. B. polarer mesoskaliger Wirbel, arktischer Wirbelsturm, arktisches Tief und Kaltlufttief. Heute ist der Begriff in der Regel für die stärkeren Systeme reserviert, die oberflächennahe Winde von mindestens 17 m/s aufweisen.
Subtropischer
Ein subtropischer Wirbelsturm ist ein Wettersystem, das einige Merkmale eines tropischen Wirbelsturms und einige Merkmale eines außertropischen Wirbelsturms aufweist. Sie können sich zwischen dem Äquator und dem 50. Breitengrad bilden. Schon in den 1950er Jahren waren sich die Meteorologen nicht sicher, ob sie als tropische oder außertropische Wirbelstürme bezeichnet werden sollten, und verwendeten Begriffe wie quasi-tropisch und halbtropisch, um die Mischformen von Wirbelstürmen zu beschreiben. Im Jahr 1972 erkannte das National Hurricane Center diese Zyklonenkategorie offiziell an. Subtropische Wirbelstürme werden seit 2002 nicht mehr in der offiziellen Liste der tropischen Wirbelstürme im atlantischen Becken aufgeführt. Da sie sich aus außertropischen Wirbelstürmen bilden, die in der Höhe kältere Temperaturen als in den Tropen haben, ist für ihre Bildung eine Meeresoberflächentemperatur von etwa 23 Grad Celsius erforderlich, was drei Grad Celsius niedriger ist als bei tropischen Wirbelstürmen. Dies bedeutet, dass sich subtropische Wirbelstürme eher außerhalb der traditionellen Hurrikansaison bilden. Obwohl subtropische Stürme selten Hurrikanstärke haben, können sie tropische Züge annehmen, wenn sich ihr Kern erwärmt.
Tropisch
Ein tropischer Wirbelsturm ist ein Sturmsystem, das durch ein Tiefdruckzentrum und zahlreiche Gewitter gekennzeichnet ist, die starke Winde und überschwemmenden Regen erzeugen. Ein tropischer Wirbelsturm ernährt sich von der Wärme, die freigesetzt wird, wenn feuchte Luft aufsteigt, was zur Kondensation des in der feuchten Luft enthaltenen Wasserdampfs führt. Sie werden durch einen anderen Wärmemechanismus angetrieben als andere zyklonale Stürme wie Nor’easters, europäische Stürme und Polartiefs, was zu ihrer Klassifizierung als Sturmsysteme mit „warmem Kern“ führt.
Der Begriff „tropisch“ bezieht sich sowohl auf die geografische Herkunft dieser Systeme, die sich fast ausschließlich in tropischen Regionen der Erde bilden, als auch auf ihre Abhängigkeit von maritimen tropischen Luftmassen für ihre Entstehung. Der Begriff „Zyklon“ bezieht sich auf den zyklonalen Charakter der Stürme, die auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn rotieren. Je nach Ort und Stärke werden tropische Wirbelstürme auch mit anderen Bezeichnungen bezeichnet, z. B. Hurrikan, Taifun, tropischer Sturm, zyklonaler Sturm, tropisches Tiefdruckgebiet oder einfach Zyklon.
Tropische Wirbelstürme können nicht nur extrem starke Winde und sintflutartige Regenfälle hervorrufen, sondern auch hohe Wellen und eine schädliche Sturmflut erzeugen. Ihre Winde erhöhen die Wellengröße, wodurch sie mehr Wärme und Feuchtigkeit in ihr System ziehen und dadurch ihre Stärke erhöhen. Sie entwickeln sich über großen warmen Wassermassen und verlieren daher ihre Stärke, wenn sie über Land ziehen. Aus diesem Grund können Küstenregionen durch einen tropischen Wirbelsturm erhebliche Schäden erleiden, während Binnenregionen vor starken Winden relativ sicher sind. Starke Regenfälle können jedoch zu erheblichen Überschwemmungen im Landesinneren führen. Sturmfluten sind Anstiege des Meeresspiegels, die durch den verminderten Druck des Kerns, der das Wasser nach oben „saugt“, und durch Winde, die das Wasser „auftürmen“, verursacht werden. Sturmfluten können in einer Entfernung von bis zu 40 Kilometern von der Küste zu großflächigen Überschwemmungen führen. Obwohl ihre Auswirkungen auf die menschliche Bevölkerung verheerend sein können, können tropische Wirbelstürme auch Dürrezustände lindern. Außerdem transportieren sie Wärme und Energie aus den Tropen in die gemäßigten Breiten, was sie zu einem wichtigen Bestandteil des globalen atmosphärischen Zirkulationsmechanismus macht. Daher tragen tropische Wirbelstürme dazu bei, das Gleichgewicht in der Troposphäre der Erde aufrechtzuerhalten.
Viele tropische Wirbelstürme entstehen, wenn die atmosphärischen Bedingungen um eine schwache Störung in der Atmosphäre günstig sind. Andere bilden sich, wenn andere Arten von Wirbelstürmen tropische Eigenschaften annehmen. Tropische Systeme werden dann durch steuernde Winde in der Troposphäre bewegt; wenn die Bedingungen weiterhin günstig sind, verstärkt sich die tropische Störung und kann sogar ein Auge entwickeln. Am anderen Ende des Spektrums, wenn sich die Bedingungen um das System verschlechtern oder der tropische Wirbelsturm an Land geht, wird das System schwächer und löst sich schließlich auf. Ein tropischer Wirbelsturm kann auf seinem Weg in höhere Breiten zu einem außertropischen Wirbelsturm werden, wenn sich seine Energiequelle von der durch Kondensation freigesetzten Wärme auf Temperaturunterschiede zwischen den Luftmassen verlagert. Ein tropischer Wirbelsturm wird während seines außertropischen Übergangs in der Regel nicht als subtropisch angesehen.
Typen der oberen Ebene
Polarzyklone
Ein polarer, subpolarer oder arktischer Zyklon (auch Polarwirbel genannt) ist ein ausgedehntes Tiefdruckgebiet, das sich im Winter verstärkt und im Sommer abschwächt. Ein polarer Wirbelsturm ist ein Tiefdruck-Wettersystem, das sich in der Regel über eine Entfernung von 1.000 bis 2.000 Kilometern erstreckt und in dem die Luft auf der Nordhalbkugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn zirkuliert. Die Coriolis-Beschleunigung, die auf die sich in großer Höhe polwärts bewegenden Luftmassen einwirkt, bewirkt in großer Höhe eine Zirkulation gegen den Uhrzeigersinn. Die polwärts gerichtete Luftbewegung entsteht durch die Luftzirkulation der Polarzelle. Das Polartief wird weder durch Konvektion angetrieben wie tropische Wirbelstürme noch durch die Wechselwirkung zwischen kalten und warmen Luftmassen wie bei außertropischen Wirbelstürmen, sondern ist ein Artefakt der globalen Luftbewegung der Polarzelle. Die Basis des Polartiefs befindet sich in der mittleren bis oberen Troposphäre. In der nördlichen Hemisphäre hat der polare Wirbelsturm im Durchschnitt zwei Zentren. Ein Zentrum liegt in der Nähe der Baffin-Insel und das andere über Nordostsibirien. Auf der Südhalbkugel befindet er sich in der Regel in der Nähe der Kante des Ross-Schelfeises bei 160 westlicher Länge. Wenn der Polarwirbel stark ist, ist seine Wirkung an der Oberfläche als Westwind (in Richtung Osten) zu spüren. Wenn der polare Wirbelsturm schwach ist, kommt es zu erheblichen Kälteausbrüchen.
TUTT-Zelle
Unter bestimmten Umständen können Kältetiefs der oberen Troposphäre von der Basis des Tropical Upper Tropospheric Trough (TUTT) ausbrechen, der sich während der Sommermonate auf der Nordhalbkugel in der Mitte des Ozeans befindet. Diese zyklonalen Wirbel der oberen Troposphäre, die auch als TUTT-Zellen oder TUTT-Tiefs bezeichnet werden, bewegen sich in der Regel langsam von Ost-Nordost nach West-Südwest, und ihre Basen erstrecken sich in der Regel nicht unter 6.100 m (20.000 Fuß) Höhe. Unter ihnen befindet sich in der Regel ein schwacher, invertierter Oberflächentrog im Passatwind, und sie können auch mit ausgedehnten Hochwolkengebieten verbunden sein. Die Abwärtsentwicklung führt zu einer Zunahme von Kumuluswolken und dem Auftreten eines Oberflächenwirbels. In seltenen Fällen werden sie zu warmkernigen tropischen Wirbelstürmen. Obere Wirbelstürme und die oberen Tröge, die tropischen Wirbelstürmen folgen, können zusätzliche Abflusskanäle verursachen und zu ihrer Intensivierung beitragen. Sich entwickelnde tropische Störungen können dazu beitragen, obere Tröge oder obere Tiefs in ihrem Kielwasser durch den von der sich entwickelnden tropischen Störung/Zyklone ausgehenden Ausströmungsstrahl zu erzeugen oder zu vertiefen.