Поточний Струм: Россбі-хвилі, Полярний Вихор і Чому Зими Стають Хвильними

Потік повітря на тропопаузі

Шибениця – це вузька, швидке течії смужка західного вітру, зазвичай 9–16 км у висоті біля тропопаузи, де швидкості можуть перевищувати 200 миль на годину в основній частині. Це існує через один фізичний факт: термоальний вітер пов’язаний вертикального розрізу горизонтального вітру з горизонтальним температурним градієнтом нижче нього. Де холодний арктичний повітря зустрічається з теплим субтропічним повітрям найочінніше, вітер над ним повинен прискоритися найшвидше з висотою, і ця концентрація розрізу є шибеницею.

Існує два основних потоки в кожній півкулі. Полярний потік розташований на відстані 50-60 градусів широти, що відповідає межі між арктичним та середземноморським повітрям, і це той, який домінує у щоденну погоду для Європи та Північної Америки. Субтропічний потік розташований вище та далі на екватор, близько 30 градусів широти, він живиться від арктичного гірлянди, яка прискорюється, щоб зберегти обертання - та сама причина, чому обертається фігурист притягує руки до себе.

Чому він звивається: Россбі-вібрації

Вітер течії не дрімає прямолінійним курсом навколо Землі; він вигибається на північ і південь у повільних, великих коливаннях, які називаються Россбі-вібраціями, на честь метеоролога Карла-Густава Росб’я, який пояснив їх у 1939 році. Вони виникають з закону збереження потенційної спірності, приблизно (обертання + обертання планети)/глибину повітряного стовпа. Коли повітряний пакет плине на північ, він отримує обертання планети (параметр Коріолі збільшується з широтою), тому його власне відносне обертання має зменшитися, щоб компенсувати – вигибаючи свій шлях назад до екватора – і навпаки, коли рухається на південь, створюючи самопідтримувану осциляцію. Пик (ridge) – це північний вигин (часто приносячий теплу, спокійну погоду під ним), а низький тиску (trough) – це південний спад (часто приносячи холодного повітря та шторми); зазвичай у півкулі кружляє 4-6 таких вібрацій одночасно.

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

Полярний віхлик та більш виражена волатильність течії повітря

Полярний віхлик – це значно більший, циклонічний обертання, що охоплює стратосферу та тропосферу, який утворюється щоразу взимку, коли пік втрачає сонячне світло та охолоджується. Сильний, щільний віхлик підтримує швидкість та переважно коловоположне положення полярної течії, утримуючи холодні маси біля полюса. Коли віхлик порушується – найчастіше під час раптового потепління стратосфери, коли температури в стратосфері можуть різко зростати на 30-50°C протягом кількох днів завдяки проникненню енергії від розірваних планетарних хвиль у стратосферу, – віхлик може ослабнути, розтягнутися або навіть розділитися на дві частини. Ослаблений віхлик дозволяє течії повітря згинатися в великі амплітуди волатильних хвиль та гребенів, які можуть значно відхилятися на південь, що є механізмом багатьох найсильніших холодних вибухів холодної повітряної маси взимку в середніх широтах.

Заблокованість: коли патерн застрягає

Зазвичай росбіївні хвилі повільно мігрують на схід, а погодні системи рухаються протягом кількох днів. Іноді дуже велика амплітуда гребені стає майже нерухомою на тиждень або більше – це патерн заблокованої атмосфери, і він розділяє або відхиляє потік повітря навколо нього. Заблоковані антициклони несуть відповідальність за деякі з найбільш екстремальних тривалих погодних явищ в історії: тривалі спекуляції та посухи знаходяться під нерухомим гребенем (Європа 2003, Росія 2010 року), тоді як відхилений потік повітря зливає незвично тривалі дощі або холод на боках. Оскільки події заблокування чинять опір нормальному східному прогресу, стандартні прогнози погоди втрачають свою дійсність найшвидше під час їх дії, і вони залишаються однією з найскладніших особливостей для правильного прогнозування глобальними моделями на термін більше тижня.

Чому пілоти та метеорологи його спостерігають

Оскільки щоки́ є, по суті, безкоштовною подорожжю зі швидкістю 100+ км/год, трансатлантичні польоти маршрутуються для її використання на схід та уникнення на захід, заощаджуючи реальне паливо та час. Для прогнозування положення щоки визначає траєкторію шторму: поверхневі низькотискові системи утворюються та посилюються під входом і виходом щоки, де відхилення вітру вгорі тягне повітря вгору та знижує тиск на поверхні, тому знання положення щоки за кілька днів до прогнозу майже точно передбачає траєкторію штормів.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Jet Stream і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.