I cicloni extratropicali, chiamate anche perturbazioni, sono vortici che raggiungono i 1500-3000 km, con venti a 40-50 km/h e della durata di 6-7 giorni, che si sviluppano nella zona atlantica dalla convergenza dell'aria polare associata ai venti polari con quella tropicale legata ai venti occidentali. Le due masse scorrono parallelamente lungo il fronte polare stazionario, ma quando il fronte stazionario si sposta a causa delle ondulazioni delle sovrastanti correnti a getto, si genera un'ondulazione anche al suolo che porta alla formazione di un centro di bassa pressione con chiusura delle isobare ad anello, creando una depressione frontale che comprende il settore caldo tra i due fronti.
La massa d'aria fredda si muove verso sud, mentre quella calda verso nord, formando rispettivamente un fronte freddo e caldo a ovest e a est, che assumono un movimento rotatorio antiorario per la forza di Coriolis. L'aria fredda e densa si incunea sotto l'aria calda e provoca il sollevamento di questa e la conseguente condensazione del vapore acqueo in essa contenuto. La depressione si accentua e il settore caldo si riduce. Al vertice dell'onda, che corrisponde al valore più basso della pressione, o minimo depressionario, il fronte freddo più veloce raggiunge il fronte caldo e dà inizio alla formazione di un fronte occluso. In questa fase l'aria calda della zona calda (più veloce del fronte caldo) scorre sopra il cuneo di aria fredda che retrocede e genera grandi sistemi nuvolosi. L'occlusione ha termine quando il settore caldo è completamente eliminato e l'aria calda è rimpiazzata da aria fredda.
Quando l'aria calda risalita scarica tutta la sua umidità mediante la pioggia, diventa più secca e pesante, annullando la depressione e si ristabilisce il fronte stazionario più a nord o a sud del precedente.
Se siamo in una zona dove non c'è ancora occlusione, possiamo riconoscere la seguente sequenza del tempo.
All'inizio arrivano i cirri, poi aumenta la nuvolosità e si abbassa. Ci sono le prime piogge, si alza la temperatura e si abbassa la pressione; il passaggio dei venti da est a sud indica la presenza del fronte caldo. Subito dopo il tempo si rasserena ma per poco: con l'arrivo del fronte freddo la pressione si alza, i venti girano a ovest e si abbassa la temperatura con presenza di piogge intense. In breve si ristabiliscono condizioni di bel tempo.
Se la zona è interessata da un fronte occluso, le temperature rimangono basse, la pressione cala progressivamente e rimane per un tempo più lungo.
A partire dall'Atlantico le perturbazioni si portano verso le nostre regioni; in genere si formano famiglie di 4-5 elementi e quando raggiungono l'Italia sono ormai occlusi. Quando l'anticiclone delle Azzorre - generalmente d'estate - copre le nostre latitudini, le perturbazioni scorrono a nord garantendoci un tempo stabile e soleggiato. Quando in autunno l'anticiclone si ritira, il percorso delle perturbazioni si sposta più a sud coinvolgendo le regioni settentrionali italiane, anche se la catena alpina offre una certa protezione. In inverno il nord d'Italia è protetto dall'anticiclone siberiano che porta tempo bello ma freddo e nebbie in Pianura Padana e le perturbazioni colpiscono il meridione; se l'anticiclone russo-siberiano rimane più a nord, si ha l'ingresso delle perturbazioni.
Questa è una descrizione molto schematica, che non tiene conto dei cambiamenti climatici, sempre più evidenti con il verificarsi di fattori estremi.
Molti fattori concorrono nel determinare il tempo nella nostra regione, in particolare bisogna prendere in esame quello che succede in quota (vedi qui).
Si possono usare mappe calcolate a diverse quote, una delle quali è quella a 500 hPa.
Le linee in essa rappresentate non congiungono i punti di uguale pressione (isobare) come nella carta al suolo vista qui sopra, ma punti di uguale altezza geopotenziale* (isoipse), cioè la quota a cui si trova la pressione di 500 hPa. Questa è fissata per convenzione a 5520 metri.
I venti in quota seguono le isoipse, in genere strutture aperte, ma che possono chiudersi attorno a un massimo o un minimo geopotenziale, per cui i venti ruotano attorno ad essi rispettivamente in senso orario e antiorario.
Quando la quota in cui si trova la 500 hPa è elevata (es. 5650 m), il geopotenziale è alto e quindi ci troviamo in un regime di alta pressione, perché abbiamo una grande massa d'aria che insiste sul suolo, con conseguente compressione e riscaldamento. L'aria è statica poiché non risale aria umida dai bassi strati e quindi non si formano nuvole.
Se invece il geopotenziale è basso (quota inferiore a 5520 m), l'aria tende a salire, con conseguente decompressione, e aumento di dinamicità con formazione di nubi, fronti, in un regime di bassa pressione.
Al suolo non si ha necessariamente una corrispondenza delle pressioni con quelle in quota. Per esempio, si può avere una bassa pressione al suolo, ma non in quota, perciò non si verificano le condizioni per lo sviluppo di una depressione e l'aria è calda e umida. Al contrario, con pressione alta al suolo e un geopotenziale basso, l'aria è fredda e asciutta.
Le isoipse - punti di uguale quota e non di uguale pressione, come le isobare - disegnano sulla mappa delle ondulazioni - ne abbiamo parlato qui - chiamati promontori e saccature (qualcuno aggiunge rispettivamente anticiclonici e cicloniche, una precisazione non necessaria perché non esistono promontori ciclonici e saccature anticicloniche).
Un promontorio è un'ondulazione con la concavità verso il basso, a forma di U rovesciata, che dai Tropici si estende verso Nord. Se l'espansione è da Est vero Ovest, si parla di cuneo. Le isoipse non si chiudono attorno a un massimo, come avviene per le isobare. La quota geopotenziale è elevata (non la pressione, che è sempre 500 hPa!) perciò la massa d'aria che insiste sul suolo - subsidenza e non convergenza/divergenza - forma una specie di cupola che preme sul suolo riscaldandosi. È indicata con H, ma non è una vera alta pressione. Dalla cresta calda può staccarsi una massa di corrente calda formante un blocco isolato (si veda la figura nella pagina delle correnti a getto) - un massimo geopotenziale - immerso in aria più fredda, che acquista una rotazione in senso anticiclonico (orario nel nostro emisfero).
Con questa configurazione il tempo è stabile, sereno o poco nuvoloso, con ottima visibilità e le perturbazioni vengono bloccate dissolvendo le nubi.
Una saccatura è una ondulazione con la concavità verso l'alto, generalmente stretta, a forma di V o U, con le isoipse che non si chiudono attorno a un minimo, che dalle aree circumpolari scende verso i Tropici. La quota della 500 hPa è inferiore rispetto alla precedente (geopotenziale basso), perciò l'aria è instabile e risale, condensando l'umidità in dense nubi e di conseguenza si ha tempo perturbato. Abbiamo visto, infatti, come sul lato destro della saccatura ci sia una bassa pressione, con un sistema frontale (fronte freddo).
Se la saccatura si allunga molto, può strozzarsi e formare una goccia fredda circondata da aria più calda, ruotante in senso antiorario nel nostro emisfero (minimo geopotenziale), che provoca violenti temporali. In questo caso, la bassa pressione si estende a tutte le quote (vortice ciclonico). Nella stagione più calda, però, può capitare che sotto la massa fredda ci sia un campo di pressione alta (non troppo) e livellata. Nel pomeriggio l'aria, fortemente riscaldata dal Sole, sale e incontra l'aria più fredda, perciò diventa instabile e genera imponenti cumulonembi con temporali o rovesci isolati.
* Il geopotenziale è l'energia necessaria a portare una massa d'aria unitaria dal livello del mare, considerando il suo geopotenziale nullo, a una determinata quota, contro la forza di gravità.