Læs…
Dengang vi studerede cykloner på de mellemste breddegrader, talte vi lidt om jetstrømmen, som er en kanal med hurtige vinde nær toppen af troposfæren. Men den jetstrøm, vi talte om, er i virkeligheden jetstrømmen på de midterste breddegrader, som regelmæssigt påvirker vejret på de midterste breddegrader. Jetstrømmen på de midterste breddegrader er dog ikke Jordens eneste jetstrøm!
I vores diskussion om subtropiske højder ignorerede vi jordens rotation og corioliskraften, da vi diskuterede den polære strømning i høj højde i Hadley-cellen. Fordi vores planet roterer, strømmer luften ikke direkte mod polerne i store højder. Faktisk tager den en meget mere hvirvlende rute. Når luften strømmer mod polerne i den øvre gren af Hadley-cellen, drejer den sig til sidst mod øst (på den nordlige halvkugle). Slutresultatet er, at luftpakker i de øverste grene af Hadley-cellerne ender med at cirkle rundt om jorden under deres høje vandringer fra ækvatorområder til subtropiske områder. Denne spiral mod polerne kulminerer i den subtropiske jetstrøm (“STJ”, forkortet STJ) nær 30 graders bredde.
STJ var faktisk et af de sidste store troposfæriske træk, der blev opdaget ved direkte menneskelig observation. Under Anden Verdenskrig rapporterede amerikanske piloter, mens de fløj vestpå i nærheden af Japan og andre øer i Stillehavet, om hastigheder på jorden, der var dramatisk lavere end flyets angivne lufthastighed. At flyve med meget lave hastigheder i forhold til jorden kunne kun have betydet én ting – en kæmpe modvind! Se nedenstående billede, som viser de gennemsnitlige vindhastigheder (i meter pr. sekund) og vindretninger på lang sigt i nærheden af 40.000 fod over Asien og det vestlige Stillehav i løbet af den meteorologiske vinter (december, januar og februar). Det smalle bånd af hurtige vinde nær 30 graders breddegrad markerer den gennemsnitlige position for STJ’en. Selv om piloterne kun kunne komme lidt frem på nogle af deres missioner, havde de gjort en vigtig opdagelse!
Faktisk er STJ’en faktisk stærkere over det vestlige Stillehavsområde i gennemsnit end noget andet sted i verden. Det skyldes primært, at Himalayas og Tibets højdedrag afbryder og afleder den generelt vestlige luftstrøm i den øvre troposfære. Længere mod øst strømmer de afledte luftstrømme sammen igen og accelererer nær Japan. Til orientering viser billedet ovenfor, at gennemsnitshastighederne i STJ nær Japan kan overstige 70 meter i sekundet (ca. 157 miles i timen) i løbet af den meteorologiske vinter.
Den overordnede mekanisme til opretholdelse af STJ nær 30 graders bredde er imidlertid tendensen til, at luftpakker bevarer deres vinkelbevægelse i de øverste grene af Hadley-cellerne. Husk, at bevarelse af vinkelimpuls er det begreb, der forklarer, hvordan kunstskøjteløbere drejer så meget hurtigere rundt, når de trækker armene indad (hvilket mindsker deres afstand fra rotationsaksen). Når pakker i de øverste grene af Hadley-cellerne spiralerer mod polen, mindskes deres afstand fra jordens rotationsakse, hvilket resulterer i højere hastigheder. I teorien vil luft, der starter fra hvile (i forhold til jordens overflade) højt over ækvator, nå breddegrad 30 grader med en hastighed mod øst på 134 meter i sekundet (ca. 260 knob eller 300 mph), hvis man antager, at den perfekt bevarer sit vinkelmoment på sin vej.
Men i virkeligheden når STJ ikke sådanne hastigheder. Det skyldes, at pakker ikke fuldstændig bevarer deres vinkelbevægelse. Høje bjerge og tårnhøje cumulonimbusskyer udøver f.eks. en vis trækkraft på luftpakker, der bevæger sig polært i de øverste grene af Hadley-cellerne. Uanset disse og andre hindringer for bevarelse af impulsmomentet er det rimeligt at sige, at luftpakker har en tendens til at bevare impulsmomentet, når de spiralformet bevæger sig indad mod jordens rotationsakse, og at de kaster deres impulsmoment “ind i den blanding”, som vi kalder STJ.
Så for det meste er STJ grundlæggende en konsekvens af bevarelse af impulsmomentet (i modsætning til jetstrømmen på de midterste breddegrader, som har sin dannelse at gøre med halvkugleformede temperaturgradienter). Med tanken om bevarelse i tankerne vil jeg tilføje, at jordens rotationshastighed i høj grad bestemmer den gennemsnitlige placering af STJ’en, fordi jordens rotationshastighed til dels styrer størrelsen af corioliskraften. Hvis jordens rotationshastighed øges (hvilket giver en stærkere corioliskraft), vil STJ’en udvikle sig tættere på ækvator. Hvis jordens rotation blev langsommere, ville Corioliskraften være svagere, og STJ’en ville dannes længere væk fra ækvator end 30 graders bredde.
Det viser sig, at STJ’en er stærkere om vinteren end om sommeren, på trods af en større udstrækning mod polerne af den øverste gren af sommerhalvkuglens Hadley-cirkulation. Det kan virke mærkeligt, da den vigtigste drivmekanisme for STJ’en er tendensen til at parcellerne bevarer vinkelbevægelsen (hvilket ville resultere i højere hastigheder, når STJ’en befinder sig på højere breddegrader). Så hvorfor accelererer højtliggende luftpakker, der rejser længere mod polen om sommeren, ikke kraftigt, når de spiralerer endnu tættere på jordens rotationsakse?
Det viser sig, at intens solopvarmning over landmasserne i den subtropiske region på den nordlige halvkugle forstyrrer Hadley-cirkulationens æblekarl. Kort sagt bliver det grundlæggende meget varmere på breddegrader nær 30 grader nord (mest over land) end over ækvatoriale områder, hvorved den typiske temperaturgradient fra nord til syd vendes om. For at bekræfte denne observation kan man se på de langsigtede gennemsnitstemperaturer over troperne og subtroperne for juni, juli og august. I betragtning af at vores prototypemodel af Hadley-cellen er baseret på den antagelse, at bæltet med maksimal opvarmning forekommer over ækvatoriale områder, bør det ikke komme som nogen overraskelse, at vores model af den idealiserede Hadley-cirkulation bryder sammen, når dette bælte flytter sig polært mod subtropiske områder. Som følge heraf tager STJ’ens styrke et knæk, og STJ’en spiller ikke en lige så vigtig rolle i det overordnede vejrmønster i løbet af sommeren.
For at se ændringen i STJ’s styrke mellem sommer og vinter kan man sammenligne de gennemsnitlige vinde nær 40.000 fod over Nordamerika og de tilstødende oceaner i løbet af sommeren og vinteren (ovenfor). Til at begynde med kan man se en signatur af hurtige vinde over det centrale og nordlige USA. Det er fodaftrykket fra jetstrømmen på de midterste breddegrader. For at markere STJ’en har jeg brugt tykke sorte pile på hvert billede. Om sommeren (venstre billede ovenfor) er der to relativt svage vindstråler, der er forbundet med den gennemsnitlige position af sommerens STJ. Den ene strækker sig fra Hawaii mod det sydvestlige USA, og den anden går fra det midtatlantiske ocean mod det nordvestlige Afrika. Disse “striber” af vinde blegner i sammenligning med den robuste vinter-STJ (højre billede ovenfor).
Om vinteren kan den robuste STJ bidrage til store vinterstorme over de mellemste breddegrader. STJ’en er et halvpermanent træk, og husk, at dens gennemsnitlige placering i vid udstrækning er fastlagt af jordens rotationshastighed. Lokale ændringer i temperatur- og trykgradienter kan dog få dele af STJ’en til at bule lidt længere mod polen eller hænge lidt længere mod syd fra tid til anden. I det store og hele svarer den nordligste del af STJ’en til den sydligste del af den mere nomadiske jetstrøm på de midterste breddegrader. Så det er sikkert at antage, at de to jetstrømme undertiden interagerer, og nogle gange kan scenen være lagt for en hurtig udvikling af cykloner på de mellemste breddegrader, især over Atlanterhavskysten, hvor de naturlige temperaturkontraster mellem land og hav giver gunstige ynglepladser.
Et sådant mindeværdigt samspil resulterede i den overraskende Presidents’ Day-sneestorm i 1979 for Washington, D.C. og de omkringliggende stater i det mellemste Atlanterhav og sydøstlige delstater. I dette tilfælde blev STJ trukket nordpå i en sydvestlig strømning forud for et kraftigt lavpunkt i jetstrømmen på de midterste breddegrader (undertiden benævnt den “polære” jetstrøm, markeret med blå farve). Denne konfiguration gjorde det muligt for STJ at fungere som katalysator for stormen Presidents’ Day i 1979. Længere mod øst, over Atlanterhavet, tager STJ’en en mere østlig og til sidst sydlig drejning (ud for billedet til højre), da den begynder at vende tilbage til sin middelposition.
I sit kølvand efterlod Presidents’ Day-stormen tung sne fra Georgia til Pennsylvania, som det ses på dette synlige satellitbillede fra 19Z den 19. februar. Faktisk nyder mange større vinterstorme på de mellemste breddegrader godt af, at STJ’en bliver trukket nordpå som i dette tilfælde. Så selv om Hadley-cellerne regelmæssigt styrer aspekter af det tropiske vejr, kan de bestemt også have indflydelse på vejret på de mellemste breddegrader!
Med hensyn til Hadley-cellerne har vi nu dækket den opstigende gren i ITCZ, den øvre gren (som kulminerer i STJ) og den nedadgående gren, der danner de subtropiske højder nær 30-graders breddegrad. Det næste punkt er den sidste gren af cirkulationen, nemlig passatvindene: den overfladestrøm, der vender tilbage til ITCZ fra de subtropiske områder. Læs videre!