Ruch Powietrzny: Fale Rossby, Wir Polar i Dlaczego Zimy Są Wypukłe

Rzeka wiatru na tropopauzie

Wyżnia cyrkulacja atmosferyczna to wąska, szybkobieżna wstęga wiatrów zachodnich, zwykle położona na wysokości 9–16 km tuż przy tropopauzie, gdzie prędkości mogą przekraczać 200 mil na godzinę w jej rdzeniu. Powstaje z powodu jednego fundamentalnego faktu: relacja termiczna wiąże pionowe rozdarcie wiatrów poziomych z gradientem temperatury poziomym poniżej. Tam, gdzie zimny powietrze polarny spotyka się z ciepłym powietrzem subtropikalnym najbardziej wyraźnie, wiatr powyżej musi przyspieszać najszybciej wraz ze wzrostem wysokości, a ta koncentracja rozdarcie to cyrkulacja wyżnia.

W atmosferze występują dwa główne cyrkuleje wyżniające. Cyrkulacja polarna znajduje się na wysokości około 50–60° szerokości geograficznej, podążając za granicą między powietrzem polarnym a środkowymi strefami klimatycznymi i jest to ona, która dominuje w pogodzie każdego dnia dla Europy i Ameryki Północnej. Cyrkulacja subtropikalna znajduje się wyżej i dalej na południe od równika, na wysokości około 30° szerokości geograficznej, napędzana gałęzią biegunową komórki Hadley, która przyspiesza w celu zachowania obrotu spowodowanego zmniejszającym się wpływem obrotowym z oddalaniem się od równika – to ten sam powód, dla którego skaczący obracający się w szybki sposób przyspiesza, gdy zbliża ręce do siebie.

Dlaczego się wygina: fale Rossby

Jet nie wije się prosto wokół Ziemi; powoli i znacząco kołysze się na północ i południe, tworząc fale Rossby – nazywane tak na cześć meteorologa Carl-Gustafa Rossby’ego, który wyjaśnił je w 1939 roku. Powstają one z zachowania potencjalnej wiriolencji, przybliżone jako (obrót + obrót planetarny)/głębię kolumny powietrza. Gdy pakiet powietrza przesuwa się na południe, zyskuje obrót planetarny (parametr Coriolis wzrasta wraz z szerokością geograficzną), więc jego własny obrót względny musi zmniejszyć się, aby skompensować – odchylając swój tor w kierunku równika – a odwrotnie, gdy przesuwa się na północ, co powoduje samopodtrzymujące się drżenie. Wyznak jest wybrzuszeniem na południe (często przynosząc ciepło i spokojne warunki pod nim), a dolina to pochylenie na północ (często przynoszące zimno i burze); zazwyczaj w półkuli krążących jednocześnie znajduje się 4 do 6 fal.

Rossby wave phase speed (idealised, zonal flow U, wavenumber k, beta = df/dy):
c = U - beta / k^2

fast zonal flow, short waves  →  c > 0, waves drift eastward
slow flow, very long waves    →  c can go negative, wave appears to retreat westward

Polarny warkos i łagodniejszy prąd wstępny

Polarny warkos to znacznie większa cyrkulacja wyrotna, stratosferyczno-troposferyczna, która powstaje co zimą wraz ze traceniem światła słonecznego przez biegun i jego ochładzaniem. Silny, zwarty warkos utrzymuje prąd wstępny szybki i głównie okrągły, ograniczając chłód powietrza w pobliżu bieguna. Kiedy warkos ulega zaburzeniom – najczęściej podczas nagłego ocieplenia stratosfery, gdzie temperatury stratosfery mogą wzrosnąć o 30-50°C w ciągu kilku dni, spowodowanego przez rozpadające się falowe bryły planetarne oddających pęd do stratosfery bieguna – warkos osłabnie, wyciągnie się lub nawet podzieli na dwie części. Osłabiony warkos pozwala prądu wstępnemu wygiąć się w dużych amplitudach i wolno poruszających się fali oraz dolinach, które mogą zsunąć się niezwykle daleko na południe, co jest mechanizmem stojącym za wieloma najsurowymi wypadkami zimnego powietrza w środkowowietkowych zimach.

Blokady: kiedy wzór utrwala się

Zwykle Rossby’skie fale migrują powoli na wschód, a systemy pogodowe przemieszczają się w ciągu dni. Występuje to jednak sporadycznie, gdy bardzo silny wyż stanie się niemal nieruchomy przez tydzień lub dłużej – wzorzec blokady atmosferycznej, który rozdziela lub odwraca prądniki wokół niego. Blokujące pasma górskie odpowiadają za niektóre z najbardziej ekstremalnych i długotrwałych zjawisk pogodowych w historii: długotrwałe fale upałów i susze występują pod nieruchomym wyżem (Europa 2003, Rosja 2010), podczas gdy odwrócony prądnik powoduje nieoczekiwanie długotrwałe opady deszczu lub mrozu na jego brzegach. Blokujące zdarzenia opierają się na normalnym wschodnim postępie, dlatego standardowe prognozy pogody tracą skuteczność najszybciej podczas ich występowania i pozostają jednym z trudniejszych elementów do prawidłowego przewidzenia przez globalne modele poza około tygodniem.

Dlaczego pilotowie i przewidawcy uważnie na niego obserwują

Ponieważ potok wiatr, czyli jet stream, zasadniczo stanowi darmowy postój o prędkości 100+ km/h, loty transatlantykowe są prowadzone tak, aby wykorzystać go jako silny wiatr pchanego z tyłu i uniknąć go podczas lotów na zachód, oszczędzając rzeczywiste paliwo i czas. W zakresie prognozowania położenie potoku wiatr wpływa na ścieżkę burz: systemy niskiego ciśnienia powierzchni tworzą się i wzmacniają pod wpływem wejścia i wyjścia z potoku wiatru, gdzie dywergencja wiatru na wysokości powoduje unoszenie się powietrza i obniża ciśnienie powierzchni. Dlatego też, wiedza o położeniu potoku wiatr z wyprzedzeniem o kilka dni jest bliska przewidywaniu, gdzie będą się rozwijać burze.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Jet Stream i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.