Zonaler Fluss

Eine zonale Strömung entsteht, wenn der Strahlstrom-schnell fließende Luftströme in der oberen Troposphäre- einen relativ geraden Weg von Westen nach Osten nimmt. Dies steht im Gegensatz zur meridionalen Strömung, bei der der Jetstream eine dramatische Kurve von Norden nach Süden beschreibt.

Dieses geradlinige Breitenmuster unterdrückt die Vermischung der Luftmassen. Es begrenzt das Eindringen kalter Polarluft oder warmer tropischer Luft in Regionen mittlerer Breiten. Infolgedessen führt die zonale Strömung häufig zu mildem, beständigem und anhaltendem Wetter mit weniger Temperaturextremen oder bedeutenden Niederschlagsereignissen.

Das mit der zonalen Strömung verbundene Wetter variiert je nach Jahreszeit und Region, ist aber im Allgemeinen vorhersehbar und gemäßigt. Im Winter kann die zonale Strömung beispielsweise in Nordeuropa oder im pazifischen Nordwesten längere Perioden mit bewölktem, nassem, aber relativ mildem Wetter bringen. Im Sommer kann sie zu kühleren, luftigen Bedingungen mit einem geringeren Risiko von Hitzewellen oder schweren Gewittern führen. Da die Atmosphäre unter der zonalen Strömung relativ stabil bleibt, sind größere Stürme seltener, und die Wettersysteme ziehen in der Regel schnell weiter, ohne sich zu verstärken.

Die Rolle der Rossby-Wellen

Die zonale Strömung steht in engem Zusammenhang mit dem Verhalten von Rossby-Wellen (auch bekannt als planetarische Wellen). Dabei handelt es sich um großräumige Wellen, die in rotierenden Flüssigkeiten, wie der Erdatmosphäre und den Ozeanen, aufgrund der Variation des Coriolis-Effekt mit dem Breitengrad.

In Zeiten starker zonaler Strömung neigen Rossby-Wellen dazu, kleine Amplituden zu haben. Das bedeutet, dass ihre Mäander relativ schwach sind, so dass der Jetstream seine weitgehend gerade West-Ost-Richtung beibehalten kann. Dadurch wird die Bewegung der Luftmassen nach Norden und Süden minimiert, was zu einem stabilen Wetter beiträgt.

Umgekehrt werden die Rossby-Wellen in Zeiten meridionaler Strömung viel größer in ihrer Amplitude. Sie erzeugen erhebliche Tröge (südwärts gerichtete Einbrüche) und Grate (nordwärts gerichtete Ausbuchtungen) im Strahlstrom. Diese tiefen Mäander begünstigen die starke Vermischung von kalter Polarluft mit warmer tropischer Luft, was zu extremeren und wechselhafteren Wetterlagen führt.

Was verursacht die zonale Strömung?

Die atmosphärische Zirkulation auf der Erde wird von mehreren grundlegenden Faktoren bestimmt, die das Vorherrschen der zonalen Strömung beeinflussen:

• Unterschiedliche Erwärmung: Der wichtigste Faktor ist die ungleichmäßige Verteilung der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche. Der Äquator erhält wesentlich mehr direktes Sonnenlicht und Wärme als die Pole, wodurch ein großer Temperaturunterschied entsteht.
• Die Erdrotation (Coriolis-Effekt): Wenn erwärmte Luft am Äquator aufsteigt und sich polwärts bewegt, wird sie durch die Erdrotation abgelenkt. Diese Ablenkung erfolgt in der nördlichen Hemisphäre nach rechts und in der südlichen Hemisphäre nach links. Dieser Effekt ist für die Bildung großräumiger Windmuster verantwortlich, einschließlich der Westwinde in den mittleren Breiten, wo sich die Jetstreams befinden.
• Erhalt des Drehimpulses: Wenn sich die Luft vom Äquator aus polwärts bewegt, bleibt ihr Drehimpuls erhalten. Da der Rotationsradius der Erde in höheren Breitengraden kleiner ist, muss das Luftpaket seine zonale (Ost-West-) Geschwindigkeit erhöhen, um seinen Drehimpuls zu erhalten. Dies trägt zu der starken Westströmung in der oberen Atmosphäre bei.
• Atmosphärische Zirkulationszellen: Die Erdatmosphäre hat drei große Zirkulationszellen auf jeder Hemisphäre: die Hadley, Ferrelund Polare Zellen. Diese Zellen bewirken eine Umverteilung der Wärme vom Äquator zu den Polen. Eine starke und stabile Interaktion zwischen diesen Zellen, die durch den Temperaturgradienten angetrieben wird, begünstigt tendenziell ein eher zonales Muster in der Strömung der oberen Ebene.

Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem Äquator und den Polen besonders groß und relativ gleichmäßig ist, führt dies im Allgemeinen zu einem kräftigeren und geradlinigeren Jetstream, der die zonale Strömung fördert. Störungen dieses Temperaturgefälles oder starke geografische Merkmale (wie Gebirgszüge) können größere Rossby-Wellen hervorrufen, was zu meridionaleren Strömungsmustern führt.

Das Verständnis dieser zugrunde liegenden Dynamik, einschließlich des Einflusses von Rossby-Wellen und der treibenden Kräfte der globalen Zirkulation, ist für die Vorhersage und Interpretation des atmosphärischen Verhaltens von wesentlicher Bedeutung. Verschiebungen zwischen zonalen und meridionalen Mustern signalisieren oft Veränderungen in der Wahrscheinlichkeit von extremen Wetterereignissen.