Strumień odrzutowy

Prądy strumieniowe osiągają prędkość ponad 300 km/h i działają jak rzeki powietrza, kierując systemami pogodowymi na całym świecie. Nie są one ciągłymi pasmami, ale raczej meandrującymi strumieniami, które mogą zmieniać kształt, rozdzielać się lub łączyć. 

Ich wpływ na pogodę jest ogromny, wpływając na ścieżki burz, wzorce temperatur i opady na całym świecie.

Dlaczego powstają prądy strumieniowe: Rola temperatury i ciśnienia

Przyczyną powstawania prądów strumieniowych jest nierównomierne nagrzewanie się powierzchni Ziemi. Równik otrzymuje więcej bezpośredniego światła słonecznego przez cały rok niż bieguny, co powoduje, że ciepłe powietrze unosi się w pobliżu równika, a zimne opada w pobliżu biegunów. Różnica ta tworzy silne poziome gradienty temperatury, szczególnie w górnych warstwach atmosfery. 

Gdy ciepłe powietrze unosi się i przemieszcza w kierunku biegunów, napotyka chłodniejsze powietrze. Siła gradientu ciśnienia powoduje, że powietrze przemieszcza się od wysokiego do niskiego ciśnienia, podczas gdy efekt Coriolisa - spowodowanyruchem obrotowym Ziemi - odchyla poruszające się powietrze. W rezultacie w górnej troposferze powstaje prąd wiatrowy o dużej prędkości w kierunku zachodnim: strumień odrzutowy.

Trzy komórki cyrkulacji atmosferycznej

Aby zrozumieć, gdzie i dlaczego tworzą się strumienie odrzutowe, warto przyjrzeć się strukturze cyrkulacji atmosferycznej Ziemi, która jest podzielona na trzy główne komórki na każdej półkuli:

1. Komórka Hadleya (0° do ~30° szerokości geograficznej) Ciepłe, wilgotne powietrze unosi się na równiku, przesuwa się w kierunku biegunów na dużych wysokościach i opada około 30° szerokości geograficznej. Cyrkulacja ta napędza klimat tropikalny i tworzenie subtropikalnych stref wysokiego ciśnienia.
   Subtropikalny strumień odrzutowy zazwyczaj tworzy się w pobliżu górnej granicy komórki Hadleya, około 30° szerokości geograficznej, i może wpływać na pogodę w subtropikach i południowych częściach średnich szerokości geograficznych.
2. Komórka Ferrela (~30° do 60° szerokości geograficznej) Jest to strefa cyrkulacji pośredniej, w której wiatry powierzchniowe płyną w kierunku biegunów, a wiatry na dużych wysokościach przesuwają się w kierunku równika. Działa jako strefa mieszania się tropikalnych i polarnych mas powietrza.
   Strumień Polar Front Jet Stream, często nazywany po prostu strumieniem polarnym, tworzy się na granicy komórek Ferrel i Polar. Jest on generalnie silniejszy i bardziej zmienny niż strumień podzwrotnikowy.
3. Komórka polarna (szerokość geograficzna od 60° do 90°) Zimne powietrze opada na biegunach i przemieszcza się w kierunku niższych szerokości geograficznych w pobliżu powierzchni. Wznoszące się powietrze na około 60° uzupełnia tę pętlę. Podczas gdy komórka polarna odgrywa mniejszą rolę w tworzeniu strumienia odrzutowego, jej zimne powietrze jest niezbędne do utrzymania siły frontu polarnego i strumienia odrzutowego.

Efekt Coriolisa: Dlaczego prądy strumieniowe płyną z zachodu na wschód

Efekt Coriolisa jest spowodowany ruchem obrotowym Ziemi. Gdy powietrze porusza się na północ lub południe, jest odchylane z powodu różnych prędkości obrotowych na różnych szerokościach geograficznych. Na półkuli północnej odchylenie to następuje w prawo, a na półkuli południowej w lewo. 

To odchylenie zmienia to, co w przeciwnym razie byłoby bezpośrednim przepływem z północy na południe, w przepływ z zachodu na wschód, tworząc zachodni przepływ charakterystyczny dla strumieni odrzutowych. Bez efektu Coriolisa prądy strumieniowe nie zakrzywiałyby się - po prostu przemieszczałyby się od równika do bieguna.

Fale Rossby'ego: Meandrujący strumień

Prądy strumieniowe nie poruszają się po liniach prostych. Zamiast tego tworzą duże meandry zwane falami Rossby'ego, które są falowaniem strumienia w skali planetarnej. Fale te są niezbędne do przenoszenia ciepła z tropików na bieguny i odwrotnie. 

Fale Rossby'ego są odpowiedzialne za dużą zmienność codziennej pogody. Duży grzbiet (wybrzuszenie w kierunku północnym) może przynieść ciepłe, suche warunki w jednym regionie, podczas gdy głęboka rynna (obniżenie w kierunku południowym) może zapewnić zimną, mokrą pogodę w innym. Gdy fale te stają się stacjonarne lub wolno się przemieszczają, mogą prowadzić do ekstremalnych wzorców pogodowych.

Prądy strumieniowe i ekstremalne warunki pogodowe

Prądy strumieniowe silnie wpływają na lokalne i regionalne wzorce pogodowe, kontrolując ruch układów wysokiego i niskiego ciśnienia, granice frontów i trasy burz. Kiedy strumienie odrzutowe zmieniają się, nasilają lub zanikają, konsekwencje mogą być poważne:

• Susze mogą rozwijać się, gdy utrzymujący się grzbiet w strumieniu odrzutowym odciąga systemy burzowe od regionu, zmniejszając opady w ciągu tygodni lub miesięcy.
• Powódź może wystąpić, gdy stacjonarna rynna wielokrotnie kieruje wilgotne powietrze nad ten sam obszar, powodując długotrwałe lub intensywne opady deszczu.
• Fale upałów są często związane z zablokowanymi wzorcami strumieni odrzutowych, które zatrzymują ciepłe powietrze w stagnacyjnym układzie wysokiego ciśnienia.
• Zimne trzaski mogą wystąpić, gdy zanurzenie w strumieniu polarnym przenosi arktyczne powietrze daleko na południe do regionów o klimacie umiarkowanym.

Na średnich szerokościach geograficznych - takich jak większość Ameryki Północnej i Europy - strumień polarny jest głównym czynnikiem zarówno w codziennych prognozach, jak i długoterminowych trendach pogodowych.

Prądy strumieniowe i zmiany klimatu

Istnieje coraz więcej dowodów na to, że zmiany klimatyczne wpływają na zachowanie strumieni odrzutowych. Ponieważ Arktyka ociepla się szybciej niż reszta planety - zjawisko znane jako amplifikacja arktyczna - gradient temperatury między równikiem a biegunami słabnie. 

Może to zmniejszyć siłę strumienia polarnego i zwiększyć jego tendencję do meandrowania i zwalniania. Takie zmiany mogą być powiązane z częstszymi i bardziej uporczywymi ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi. Na przykład, osłabiony strumień odrzutowy może pozwolić zimnemu powietrzu zanurzyć się dalej na południe lub pozwolić falom upałów utrzymywać się dłużej niż w przeszłości.

Kluczowy gracz w zmieniającym się klimacie

Prądy strumieniowe to znacznie więcej niż tylko szybkie prądy powietrza; są one kluczowymi dyrygentami w symfonii ziemskiej atmosfery. Zrodzone z fundamentalnej nierównowagi między ciepłymi tropikami a zimnymi biegunami i wyrzeźbione przez rotację naszej planety, te potężne wiatry działają jak istotne kanały, przenosząc energię i kierując systemami pogodowymi, które kształtują nasz świat. 

Od kierowania codziennymi burzami po wpływanie na poważne susze, powodzie i fale upałów, ich meandrujące ścieżki mają głęboki wpływ na ludzkie społeczeństwa i ekosystemy. Ponieważ nasz klimat nadal się ociepla, szczególnie w Arktyce, delikatna równowaga, która napędza te prądy, ulega zmianie. 

Monitorowanie i zrozumienie ewoluującego zachowania strumieni odrzutowych jest zatem nie tylko przedsięwzięciem naukowym, ale także kluczową częścią przygotowań i adaptacji do wyzwań atmosferycznych przyszłości.