Přečtěte si…
Když jsme se učili o cyklonách středních šířek, mluvili jsme o tryskovém proudu, což je kanál rychlých větrů v horní části troposféry. Ale tryskové proudění, o kterém jsme mluvili, je ve skutečnosti tryskové proudění středních šířek, které pravidelně ovlivňuje počasí ve středních šířkách. Tryskové proudění ve středních šířkách však není jediným tryskovým prouděním na Zemi!
V naší diskusi o subtropických výškách jsme ignorovali zemskou rotaci a Coriolisovu sílu, když jsme hovořili o vysokohorském proudění v Hadleyho buňce, které směřuje k pólům. Protože se naše planeta otáčí, vzduch ve velkých výškách neproudí přímo k pólům. Ve skutečnosti se vydává mnohem vířivější cestou. Jak vzduch proudí v horní větvi Hadleyho buňky směrem k pólům, nakonec se stočí k východu (na severní polokouli). Výsledkem je, že vzduchové balíky v horních větvích Hadleyho buněk nakonec během svého vznešeného putování z rovníkových oblastí do subtropů obkrouží Zemi. Tato spirála směřující k pólům vrcholí v subtropickém tryskovém proudění (zkráceně „STJ“) v blízkosti 30 stupňů zeměpisné šířky.
STJ byl vlastně jedním z posledních významných troposférických prvků, které byly objeveny přímým lidským pozorováním. Během druhé světové války američtí piloti při letu na západ v blízkosti Japonska a dalších ostrovů v Tichomoří zaznamenali přízemní rychlosti dramaticky nižší, než byla indikovaná rychlost letadla. Let velmi nízkou rychlostí vzhledem k zemi mohl znamenat jediné – pořádný protivítr! Podívejte se na obrázek níže, který ukazuje dlouhodobé průměrné rychlosti (v metrech za sekundu) a směry větru v blízkosti 40 000 stop nad Asií a západním Pacifikem během meteorologické zimy (prosinec, leden a únor). Úzký pás rychlých větrů poblíž 30. stupně zeměpisné šířky označuje průměrnou polohu STJ. Přestože piloti mohli při některých misích jen málo pokročit, učinili významný objev!“
Ve skutečnosti je STJ v průměru silnější nad oblastí západního Pacifiku než nad kterýmkoli jiným místem na světě. Je to především proto, že himálajské a tibetské výšiny přerušují a odklánějí obecně západní proudění vzduchu v horní troposféře. Dále na východ se odkloněné větve vzduchu opět spojují a zrychlují v blízkosti Japonska. Pro srovnání, obrázek výše ukazuje, že průměrné rychlosti v STJ v blízkosti Japonska mohou během meteorologické zimy přesáhnout 70 metrů za sekundu (asi 157 mil za hodinu).
Celkovým mechanismem udržování STJ v blízkosti 30 stupňů zeměpisné šířky je však tendence vzdušných balíků uchovávat svůj úhlový moment hybnosti v horních větvích Hadleyho buněk. Připomeňme si, že zachování úhlového momentu hybnosti je koncept, který vysvětluje, proč se krasobruslaři točí mnohem rychleji, když táhnou paže dovnitř (zmenšují jejich vzdálenost od osy rotace). Jak se parcely v horních větvích Hadleyho buněk spirálovitě stáčejí k pólům, jejich vzdálenost od zemské osy rotace se zmenšuje, což vede k vyšším rychlostem. Teoreticky vzduch vycházející z klidové polohy (vzhledem k zemskému povrchu) vysoko nad rovníkem dosáhne východní šířky 30 stupňů rychlostí 134 metrů za sekundu (zhruba 260 uzlů neboli 300 mil za hodinu) za předpokladu, že na své trase dokonale zachovává svůj úhlový moment hybnosti.
Ve skutečnosti však STJ takových rychlostí nedosahuje. Je to proto, že balíky neuchovávají zcela svůj úhlový moment hybnosti. Například vysoká pohoří a vysoké mraky cumulonimbus vyvíjejí určitý odpor na vzduchové balíky pohybující se směrem k pólům v horních větvích Hadleyho buněk. Bez ohledu na tyto a další překážky zachování úhlového momentu hybnosti lze říci, že vzduchové balíčky mají tendenci zachovávat úhlový moment hybnosti, když se spirálovitě přibližují k zemské ose rotace, a vrhají svůj úhlový moment hybnosti „do směsi“, kterou nazýváme STJ.
Takže STJ je z větší části v podstatě důsledkem zachování úhlového momentu hybnosti (na rozdíl od tryskového proudění ve středních šířkách, které za svůj vznik vděčí polokulovým teplotním gradientům). S ohledem na myšlenku zachování hybnosti dodám, že rychlost rotace Země do značné míry určuje průměrnou polohu STJ, protože rychlost rotace Země zčásti řídí velikost Coriolisovy síly. Pokud by se rychlost rotace Země zvýšila (což by vedlo k zesílení Coriolisovy síly), STJ by se vyvíjela blíže k rovníku. Pokud by se rotace Země zpomalila, Coriolisova síla by byla slabší a STJ by se vytvořila dále od rovníku než 30 stupňů zeměpisné šířky.
Ukazuje se, že STJ je silnější v zimě než v létě, a to navzdory většímu rozsahu horní větve Hadleyho cirkulace na letní polokouli směrem k pólům. To se může zdát zvláštní, vzhledem k tomu, že hlavním hnacím mechanismem STJ je tendence parcel k zachování momentu hybnosti (což by mělo za následek vyšší rychlosti, když je STJ ve vyšších zeměpisných šířkách). Proč tedy vznosné vzduchové balíky putující v létě dále k pólům výrazně nezrychlují, když se spirálovitě přibližují ještě blíže k zemské rotační ose?
Jak se ukazuje, intenzivní sluneční ohřev nad pevninskými masami v subtropické oblasti severní polokoule narušuje chod Hadleyho cirkulace. Zjednodušeně řečeno, v zeměpisných šířkách poblíž 30 stupňů severní šířky (většinou nad pevninou) je v podstatě mnohem tepleji než nad rovníkovými oblastmi, čímž se obrací typický severojižní teplotní gradient. Pro potvrzení tohoto pozorování se podívejte na dlouhodobé průměrné teploty nad tropy a subtropy za červen, červenec a srpen. Vzhledem k tomu, že náš prototyp modelu Hadleyho buňky vychází z předpokladu, že pás maximálního ohřevu se vyskytuje nad rovníkovými oblastmi, nemělo by nás překvapit, že když se tento pás posune směrem k pólům do subtropů, náš model idealizované Hadleyho cirkulace se rozpadne. V důsledku toho síla STJ dostává na frak a STJ nehraje v létě tak důležitou roli v celkovém průběhu počasí.
Chcete-li vidět změnu síly STJ mezi létem a zimou, porovnejte průměrné větry v blízkosti 40 000 stop nad Severní Amerikou a přilehlými oceány během léta a zimy (nahoře). Pro začátek můžete vidět podpis rychlých větrů nad středem a severem Spojených států. To je stopa tryskového proudění ve středních šířkách. K označení STJ jsem na každém snímku použil tlusté černé šipky. V létě (levý obrázek nahoře) jsou dva relativně slabé pruhy větrů spojené se střední polohou letního STJ. Jeden se táhne od Havaje směrem k jihozápadu USA a druhý směřuje od středního Atlantiku k severozápadní Africe. Tyto „pruhy“ větrů blednou ve srovnání se silnou zimní STJ (pravý obrázek výše).
V zimě může silná STJ přispět k velkým zimním bouřím nad středními zeměpisnými šířkami. STJ je polostálý útvar a nezapomeňte, že jeho průměrná poloha je do značné míry fixována rychlostí rotace Země. Místní změny teplotních a tlakových gradientů však mohou způsobit, že se části STJ čas od času vyboulí o něco více k pólu nebo se prohnou o něco více k jihu. Obecně platí, že nejsevernější část STJ odpovídá nejjižnějšímu rozsahu kočovnějšího tryskového proudění středních šířek. Dá se tedy předpokládat, že oba proudové proudy se někdy vzájemně ovlivňují a někdy může být připravena půda pro rychlý rozvoj cyklón středních šířek, zejména nad atlantickým pobřežím, kde přirozené teplotní kontrasty mezi pevninou a mořem poskytují příznivou půdu pro rozmnožování.
Jedna taková památná interakce vyústila v překvapivou sněhovou bouři na Den prezidentů v roce 1979 pro Washington, D.C. a okolní státy středního Atlantiku a jihovýchodu. V tomto případě byla STJ v jihozápadním proudění vtažena na sever před silnou koryto v tryskovém proudění středních šířek (někdy označované jako „polární“ tryskové proudění, vyznačené modře). Tato konfigurace umožnila STJ působit jako katalyzátor bouře na Den prezidentů v roce 1979. Dále na východ, nad Atlantským oceánem, se STJ stáčí více na východ a nakonec na jih (mimo obrázek vpravo), když se začíná vracet ke své střední poloze.
Bouře na Den prezidentů za sebou zanechala husté sněžení od Georgie po Pensylvánii, jak je vidět na tomto viditelném družicovém snímku z 19. hodiny ranní 19. února. Mnoho velkých zimních bouří ve středních zeměpisných šířkách skutečně těží z toho, že je STJ vtažena na sever jako v tomto případě. Ačkoli tedy Hadleyho buňky pravidelně řídí aspekty tropického počasí, mohou mít jistě vliv i na počasí ve středních zeměpisných šířkách!
Pokud jde o Hadleyho buňky, nyní jsme se zabývali vzestupnou větví v ITCZ, horní větví (která kulminuje v STJ) a sestupnou větví, která tvoří subtropické výšiny v blízkosti 30 stupňů zeměpisné šířky. Příště se zaměříme na poslední větev cirkulace – pasáty: přízemní proudění, které se vrací k ITCZ ze subtropů. Čtěte dále!