Czym są prądy strumieniowe i jaki wpływ mają na klimat?

Prąd strumieniowy definiuje się jako prąd szybko poruszającego się powietrza, który ma zwykle kilka tysięcy kilometrów długości, ale jest stosunkowo cienki. Prądy te występują w warstwach atmosfery ziemskiej, w okolicach tropopauzy – granicy między troposferą a stratosferą. Prądy strumieniowe są ważne, ponieważ wpływają na ogólnoświatowe wzorce pogodowe i jako takie pomagają meteorologom prognozować pogodę na podstawie ich położenia. Ponadto są ważne w podróżach lotniczych, ponieważ latanie z ich pomocą może skrócić czas lotu i zmniejszyć zużycie paliwa.

Odkrycie prądów strumieniowych

Pierwsze odkrycie prądu strumieniowego jest dziś przedmiotem debaty, ponieważ zajęło kilka lat, zanim badania nad tymi prądami stały się głównym nurtem na całym świecie. Prąd strumieniowy został po raz pierwszy odkryty w latach dwudziestych XX wieku przez Wasaburo Ooishi, japońskiego meteorologa, który wykorzystał balony pogodowe do śledzenia wiatrów na wyższych poziomach, gdy wznosiły się do atmosfery ziemskiej w pobliżu góry Fudżi. Jego praca w znacznym stopniu przyczyniła się do poznania wzorców tych wiatrów, ale była głównie ograniczona do Japonii.

W 1934 roku wiedza o prądach strumieniowych wzrosła, gdy Wiley Post, amerykański pilot, próbował samotnie odbyć lot stratosferyczny dookoła świata. Aby ukończyć ten wyczyn, wynalazł kombinezon ciśnieniowy, który pozwoliłby mu latać na dużych wysokościach, a podczas treningów Post zauważył, że jego pomiary prędkości na ziemi i prędkości w powietrzu różniły się od siebie, co wskazywało, że leci w strumieniu powietrza.

Pomimo tych odkryć termin “prąd strumieniowy” został oficjalnie ukuty dopiero w 1939 roku przez niemieckiego meteorologa H. Seilkopfa, który użył go w artykule badawczym. Wiedza o prądach wzrosła podczas II wojny światowej, ponieważ piloci zauważyli zmiany wiatrów podczas lotów między Europą a Ameryką Północną.

Opis i przyczyny prądów strumieniowych

Dzięki dalszym badaniom prowadzonym przez pilotów i meteorologów rozumie się dziś, że na półkuli północnej istnieją dwa główne prądy strumieniowe. Chociaż występują też na półkuli południowej, te najsilniejsze znajdują się między 30 a 60 ° szerokości geograficznej północnej. Słabszy subtropikalny prąd strumieniowy znajduje się bliżej 30 ° N. Jednakże lokalizacja tych strumieni zmienia się w ciągu roku i mówi się, że “podążają za słońcem”, ponieważ przemieszczają się na północ przy ciepłej pogodzie i na południe przy zimnej. Prądy strumieniowe są również silniejsze zimą, ponieważ istnieje duży kontrast między zderzającymi się masami powietrza Arktyki i tropików. Latem różnica temperatur między masami powietrza jest mniej ekstremalna, a strumień jest słabszy.

Prądy strumieniowe zwykle pokonują duże odległości i mogą mieć tysiące kilometrów długości. Mogą być nieciągłe i wić się przez atmosferę, ale wszystkie płyną na wschód z dużą prędkością. Meandry w strumieniu płyną wolniej niż reszta powietrza i nazywane są falami Rossby’ego. Poruszają się wolniej, co jest spowodowane efektem Coriolisa i skręcają na zachód w stosunku do przepływu powietrza, w którym są osadzone. W rezultacie spowolniony zostaje ruch powietrza w kierunku wschodnim, gdy występuje znaczna ilość meandrów w strumieniu.

Prąd strumieniowy najczęściej jest spowodowany spotkaniem się mas powietrza tuż pod tropopauzą, gdzie wiatry są najsilniejsze. Kiedy spotykają się tutaj dwie masy powietrza o różnych gęstościach, ciśnienie wytwarzane przez różne gęstości powoduje wzrost wiatrów. Gdy wiatry te usiłują przedostać się z ciepłego obszaru w pobliskiej stratosferze w dół do chłodniejszej troposfery, są odchylane przez efekt Coriolisa i płyną wzdłuż granic pierwotnych dwóch mas powietrza. Rezultatem są polarne i subtropikalne strumienie, które tworzą się na całym świecie.

Znaczenie prądów strumieniowych

Z punktu widzenia zastosowań komercyjnych prąd strumieniowy jest ważny dla przemysłu lotniczego. Jego użycie rozpoczęło się w 1952 roku od lotu Pan Am z Tokio w Japonii do Honolulu na Hawajach. Lecąc w strumieniu na wysokości 7600 metrów, czas lotu został skrócony z 18 do 11,5 godziny. Skrócony czas lotu i pomoc silnych wiatrów pozwoliły również na zmniejszenie zużycia paliwa. Od tego lotu branża lotnicza konsekwentnie wykorzystuje prądy strumieniowe w swoich lotach.

Jednak jednym z najważniejszych skutków prądów strumieniowych jest pogoda, którą powodują. Ponieważ są to silne prądy szybko poruszającego się powietrza, mogą one wpływać na wzorce pogodowe na całym świecie. W rezultacie większość systemów pogodowych nie tylko znajduje się na obszarze występowania prądów, ale zazwyczaj przesuwana się je zgodnie z ruchem prądów strumieniowych. Położenie i siła strumienia pomagają następnie meteorologom prognozować przyszłe zdarzenia pogodowe.

Ponadto różne czynniki klimatyczne mogą powodować przesunięcie prądu i radykalną zmianę wzorców pogodowych na danym obszarze. Na przykład podczas ostatniego zlodowacenia w Ameryce Północnej polarny prąd strumieniowy został odchylony na południe, ponieważ pokrywa lodowa Laurentide o grubości 3048 metrów stworzyła “własną pogodę” i skierowała ją na południe. W rezultacie zwykle suchy obszar Wielkiego Basenu Stanów Zjednoczonych doświadczył znacznego wzrostu opadów, a na tym obszarze utworzyły się duże jeziora pluwialne.

Na światowe prądy strumieniowe mają również wpływ El Nino i La Nina. Na przykład podczas El Nino opady w Kalifornii zwykle rosną, ponieważ polarny prąd strumieniowy przemieszcza się dalej na południe i niesie ze sobą więcej burz. I odwrotnie, podczas wydarzeń La Nina, Kalifornia wysycha, a opady przenoszą się na północno-zachodni Pacyfik, ponieważ polarny prąd strumieniowy przemieszcza się bardziej na północ. Ponadto opady w Europie często zwiększają się, ponieważ prąd strumieniowy jest silniejszy na północnym Atlantyku i jest w stanie wypchnąć go dalej na wschód.

Niezależnie od położenia prądu strumieniowego ma on znaczący wpływ na wzorce pogodowe na świecie i poważne zdarzenia pogodowe, takie jak powodzie i susze. Dlatego istotne jest, aby meteorolodzy i inni naukowcy rozumieli jak najwięcej o prądach i kontynuowali śledzenie ich ruchu, aby z kolei prognozować pogodę na całym świecie.

 

Źródła: Amanda Briney / ThoughtCo.

Learn the Basic Science of Meteorology

Coriolis Effect

Pluvial Lakes

What are El Niño and La Niña?

Zdjęcia: Trent L. Schindler

 

 

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x