Vyöhykkeinen virtaus

Vyöhykkeellinen virtaus tapahtuu, kun suihkuvirta-nopeasti liikkuvat ilmavirtaukset troposfäärin yläosassa- kulkevat suhteellisen suoraa reittiä lännestä itään. Tämä on vastakohta meridionaaliselle virtaukselle, jossa suihkuvirta kaartuu dramaattisesti pohjoiseen ja etelään.

Tämä suora, leveyssuuntainen kuvio pyrkii estämään ilmamassojen sekoittumisen. Se rajoittaa kylmän polaarisen ilman tai lämpimän trooppisen ilman tunkeutumista keskileveyspiirien alueille. Tämän seurauksena vyöhykkeinen virtaus johtaa usein leutoihin, tasaisiin ja pysyviin sääolosuhteisiin, joissa on vähemmän lämpötilan ääriarvoja tai merkittäviä sadetapahtumia.

Vyöhykkeiseen virtaukseen liittyvä sää vaihtelee vuodenaikojen ja alueiden mukaan, mutta se on yleensä ennustettavaa ja kohtalaista. Esimerkiksi talvella vyöhykevirtaus voi tuoda pitkiä pilvisiä, märkiä mutta suhteellisen leutoja jaksoja esimerkiksi Pohjois-Eurooppaan tai Tyynenmeren luoteisosiin. Kesällä se saattaa johtaa viileämpiin ja tuulisiin olosuhteisiin, jolloin helleaaltojen tai voimakkaiden ukkosmyrskyjen riski vähenee. Koska ilmakehä pysyy suhteellisen vakaana vyöhykevirtauksen vaikutuksesta, suuret myrskyt ovat harvinaisempia, ja sääjärjestelmät liikkuvat yleensä nopeasti voimistumatta.

Rossby-aaltojen rooli

Zonaalinen virtaus liittyy läheisesti Rossby-aaltojen (tunnetaan myös nimellä planetaariset aallot) käyttäytymiseen. Nämä ovat laajamittaisia aaltoja, joita esiintyy luonnostaan pyörivissä nesteissä, kuten Maan ilmakehässä ja valtamerissä, johtuen vaihtelusta, joka johtuu Coriolis-ilmiö leveysasteen mukaan.

Voimakkaan vyöhykkeisen virtauksen aikana Rossby-aalloilla on yleensä pieni amplitudi. Tämä tarkoittaa, että niiden mutkittelut ovat suhteellisen heikkoja, jolloin suihkuvirta voi säilyttää pitkälti suoran, lännestä itään kulkevan reittinsä. Tämä minimoi ilmamassojen liikkumisen pohjoiseen ja etelään, mikä edistää vakaata säätä.

Sitä vastoin meridionaalisen virtauksen aikana Rossby-aaltojen amplitudi kasvaa huomattavasti. Ne luovat suihkuvirtaan merkittäviä kaukaloita (etelään suuntautuvia notkahduksia) ja harjuja (pohjoiseen suuntautuvia pullistumia). Nämä syvät mutkat helpottavat kylmän polaarisen ilman ja lämpimän trooppisen ilman voimakasta sekoittumista, mikä johtaa äärimmäisempään ja vaihtelevampaan säähän.

Mikä aiheuttaa vyöhykkeisen virtauksen?

Maapallon ilmakehän kiertoa ohjaavat useat perustavanlaatuiset tekijät, jotka vaikuttavat vyöhykkeisen virtauksen yleistymiseen:

• Differentiaalilämmitys: Tärkein tekijä on auringon säteilyn epätasainen jakautuminen maapallon pinnalle. Päiväntasaaja saa huomattavasti enemmän suoraa auringonvaloa ja lämpöä kuin navat, mikä aiheuttaa suuren lämpötilaeron.
• Maan pyöriminen (Coriolis-ilmiö): Kun lämmennyt ilma päiväntasaajalla nousee ylös ja siirtyy napaa kohti, Maan pyöriminen poikkeuttaa sitä. Pohjoisella pallonpuoliskolla tämä poikkeutus tapahtuu oikealle ja eteläisellä pallonpuoliskolla vasemmalle. Tämä ilmiö on vastuussa laajamittaisten tuulten muodostumisesta, mukaan lukien länsituulet keskileveysasteilla, missä suihkuvirrat sijaitsevat.
• Kulmamomentin säilyminen: Kun ilma liikkuu päiväntasaajalta napaa kohti, se säilyttää kulmavauhtinsa. Koska maapallon pyörimissäde on pienempi korkeammilla leveysasteilla, ilmapaketin on lisättävä vyöhykkeen nopeuttaan (itä-länsi-suuntainen nopeus) säilyttääkseen kulmavauhtinsa. Tämä vaikuttaa osaltaan voimakkaaseen länsivirtaukseen yläilmakehässä.
• Ilmakehän kiertokennot: Maapallon ilmakehässä on kolme pääkiertosolua kummallakin pallonpuoliskolla: - ilmakehän kiertosolu Hadley, Ferrelja Polar soluja. Nämä solut jakavat lämpöä päiväntasaajalta navoille. Lämpötilagradientin ohjaama voimakas ja vakaa vuorovaikutus näiden solujen välillä suosii yleensä vyöhykkeisempää yläilmavirtausta.

Kun lämpötilaero päiväntasaajan ja napojen välillä on erityisen suuri ja suhteellisen tasainen, syntyy yleensä voimakkaampi ja suorempi suihkuvirtaus, mikä edistää vyöhykkeistä virtausta. Tämän lämpötilagradientin häiriöt tai voimakkaat maantieteelliset piirteet (kuten vuoristot) voivat aiheuttaa suurempia Rossby-aaltoja, mikä johtaa meridionaalisempiin virtauskuvioihin.

Näiden taustalla olevien dynamiikkojen ymmärtäminen, mukaan lukien Rossby-aaltojen vaikutus ja globaalin ilmankierron liikkeellepanevat voimat, on olennaista ilmakehän käyttäytymisen ennustamiseksi ja tulkitsemiseksi. Muutokset zonaalisten ja meridonaalisten mallien välillä merkitsevät usein muutoksia äärimmäisten sääilmiöiden todennäköisyydessä.