Lue…
Taannoin, kun opiskelimme keskileveysasteiden sykloneita, puhuimme hiukan suihkuvirrasta, joka on nopeiden tuulten kanava troposfäärin yläosassa. Mutta suihkuvirta, josta puhuimme, on oikeastaan keskileveysasteiden suihkuvirta, joka vaikuttaa säännöllisesti säähän keskileveysasteilla. Keskileveysasteiden suihkuvirta ei kuitenkaan ole maapallon ainoa suihkuvirta!
Keskustellessamme subtrooppisista korkeuksista jätimme huomiotta maapallon pyörimisliikkeen ja Coriolis-voiman keskustellessamme Hadleyn solun korkealla sijaitsevasta, napaa kohti suuntautuvasta virtauksesta. Koska planeettamme pyörii, ilma ei virtaa korkeilla korkeuksilla suoraan kohti napoja. Itse asiassa se kulkee paljon pyörteisempää reittiä. Kun ilma virtaa Hadleyn solun ylemmässä haarassa napaa kohti, se kaartuu lopulta kohti itää (pohjoisella pallonpuoliskolla). Lopputuloksena on, että Hadleyn solujen ylempien haarojen ilmapaketit päätyvät kiertämään maapalloa matkallaan päiväntasaajalta subtropiikille. Tämä napaa kohti suuntautuva kierre huipentuu subtrooppiseen suihkuvirtaan (lyhyesti ”STJ”) lähellä 30 leveysastetta.
STJ oli itse asiassa yksi viimeisistä suurista troposfäärin piirteistä, jotka havaittiin suoralla ihmisen havainnolla. Toisen maailmansodan aikana amerikkalaiset lentäjät, jotka lensivät länteen Japanin ja muiden Tyynenmeren saarten läheisyydessä, raportoivat maanpinnan nopeuksista, jotka olivat dramaattisesti alhaisempia kuin koneen ilmoittama ilmanopeus. Lentäminen hyvin hitaalla nopeudella maahan nähden saattoi tarkoittaa vain yhtä asiaa – huikeaa vastatuulta! Katso alla olevaa kuvaa, jossa näkyvät pitkän aikavälin keskimääräiset tuulennopeudet (metreinä sekunnissa) ja tuulensuunnat 40 000 jalan korkeudella Aasian ja Tyynenmeren länsiosan yläpuolella meteorologisen talven aikana (joulukuussa, tammikuussa ja helmikuussa). Kapea nopeiden tuulten nauha lähellä 30. leveysastetta merkitsee STJ:n keskimääräistä sijaintia. Vaikka lentäjät pääsivät joissakin tehtävissään vain vähän eteenpäin, he olivat tehneet merkittävän löydön!
Tosiasiassa STJ on keskimäärin voimakkaampi läntisen Tyynenmeren alueen yllä kuin missään muualla maailmassa. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että Himalajan ja Tiibetin ylänköalueet keskeyttävät ja ohjaavat ilmavirtauksen yleensä länteen troposfäärin yläosassa. Kauempana idässä poikkeavat ilmahaarat virtaavat takaisin yhteen ja kiihtyvät Japanin lähellä. Viitteeksi yllä olevasta kuvasta näkyy, että keskimääräiset nopeudet STJ:ssä Japanin lähellä voivat ylittää 70 metriä sekunnissa (noin 157 mailia tunnissa) meteorologisen talven aikana.
Yleinen mekanismi, joka ylläpitää STJ:tä 30 asteen leveyspiirin läheisyydessä, on kuitenkin se, että ilmapaketeilla on taipumus säilyttää kulmamomenttinsa Hadleyn solujen ylemmissä haaroissa. Muistutetaan, että kulmavauhdin säilyminen on käsite, joka selittää, miksi taitoluistelijat pyörivät niin paljon nopeammin, kun he vetävät kätensä sisäänpäin (pienentäen niiden etäisyyttä pyörimisakselista). Kun Hadleyn solujen ylempien haarojen paketit kiertyvät napaa kohti, niiden etäisyys maapallon pyörimisakselista pienenee, mikä johtaa nopeampaan nopeuteen. Teoriassa ilma, joka lähtee levosta (maan pintaan nähden) korkealla päiväntasaajan yläpuolella, saavuttaa 30 asteen leveyspiirin itään suuntautuvalla nopeudella 134 metriä sekunnissa (noin 260 solmua eli 300 mailia tunnissa) olettaen, että se säilyttää täydellisesti kulmamomenttinsa matkansa varrella.
Todellisuudessa STJ ei kuitenkaan saavuta tällaisia nopeuksia. Tämä johtuu siitä, että paketit eivät täysin säilytä kulmamomenttiaan. Esimerkiksi korkeat vuoret ja tornimaiset cumulonimbus-pilvet aiheuttavat jonkin verran vastusta ilmapaketeille, jotka liikkuvat Hadleyn solujen ylemmissä haaroissa napaan päin. Näistä ja muista kiertomomentin säilymisen esteistä huolimatta voidaan sanoa, että ilmapaketeilla on taipumus säilyttää kiertomomentti, kun ne kiertyvät spiraalimaisesti sisäänpäin kohti maapallon pyörimisakselia, ja heittävät kiertomomenttinsa ”sekaan”, jota me kutsumme STJ:ksi.
Siten STJ on suurimmaksi osaksi pohjimmiltaan seurausta kiertomomentin säilymisestä (toisin kuin keskileveysasteiden suihkuvirta, joka syntyy pallonpuoliskon lämpötilagradienttien ansiosta). Kun otetaan huomioon momentin säilyminen, lisään vielä, että maapallon pyörimisnopeus määrää pitkälti STJ:n keskimääräisen sijainnin, koska maapallon pyörimisnopeus säätelee osittain Coriolis-voiman suuruutta. Jos maapallon pyörimisnopeus kasvaisi (jolloin Coriolisvoima voimistuisi), STJ kehittyisi lähemmäksi päiväntasaajaa. Jos maapallon pyörimisnopeus hidastuisi, Coriolis-voima olisi heikompi, ja STJ muodostuisi kauempana päiväntasaajasta kuin 30 asteen leveysasteella.
On käynyt ilmi, että STJ on voimakkaampi talvella kuin kesällä, vaikka kesäpuoliskon Hadleyn kiertokulun ylempi haara ulottuu suuremmassa määrin napaa kohti. Tämä saattaa tuntua oudolta, kun otetaan huomioon, että STJ:n pääasiallinen liikkeellepaneva mekanismi on pakettien taipumus säästää kulmamomenttia (mikä johtaisi nopeampiin nopeuksiin STJ:n ollessa korkeammilla leveysasteilla). Miksi siis korkealla olevat ilmapaketit, jotka kulkevat kesällä kauempana napaa kohti, eivät kiihdy huomattavasti, kun ne kiertyvät entistä lähemmäs maapallon pyörimisakselia?
Kävi ilmi, että auringon voimakas lämpeneminen pohjoisen pallonpuoliskon subtrooppisen alueen maamassojen yläpuolella sekoittaa Hadleyn kiertokulun omenakärryjä. Lyhyesti sanottuna, periaatteessa 30 asteen pohjoisen tuntumassa olevilla leveysasteilla (enimmäkseen maa-alueiden yläpuolella) on paljon lämpimämpää kuin päiväntasaajan yläpuolella, jolloin tyypillinen pohjois-eteläsuuntainen lämpötilagradientti kääntyy päinvastaiseksi. Voit vahvistaa tämän havainnon tarkastelemalla tropiikin ja subtropiikin pitkän aikavälin keskilämpötiloja kesä-, heinä- ja elokuulta. Kun otetaan huomioon, että Hadleyn solun prototyyppimallimme perustuu olettamukseen, jonka mukaan maksimaalisen lämpenemisen vyöhyke sijaitsee päiväntasaajan yläpuolella, ei liene yllättävää, että kun tämä vyöhyke siirtyy napaa kohti subtropiikille, idealisoidun Hadleyn kiertokulun mallimme hajoaa. Tämän seurauksena STJ:n voimakkuus kärsii, eikä STJ:llä ole yhtä merkittävää roolia kesän yleisessä säämallissa.
Voidaksesi nähdä STJ:n voimakkuuden muutoksen kesän ja talven välillä, vertaa keskimääräisiä tuulia 40 000 jalan tuntumassa Pohjois-Amerikan ja viereisten valtamerten yllä kesällä ja talvella (yllä). Aluksi voi nähdä nopeiden tuulten merkin Yhdysvaltojen keski- ja pohjoisosien yllä. Se on keskileveyspiirin suihkuvirran jalanjälki. STJ:n merkitsemiseen olen käyttänyt kussakin kuvassa paksuja mustia nuolia. Kesällä (vasemmanpuoleinen kuva yllä) on kaksi suhteellisen heikkoa tuuliviivaa, jotka liittyvät kesän STJ:n keskimääräiseen sijaintiin. Toinen ulottuu Havaijilta kohti Yhdysvaltojen lounaisosia ja toinen Atlantin keskiosasta kohti Luoteis-Afrikkaa. Nämä tuulten ”raidat” kalpenevat talven voimakkaan STJ:n rinnalla (oikeanpuoleinen kuva yllä).
Talvella voimakas STJ voi vaikuttaa suuriin talvimyrskyihin keskileveysasteilla. STJ on puoliksi pysyvä piirre, ja on muistettava, että sen keskimääräinen sijainti on pitkälti maan pyörimisnopeuden määräämä. Lämpötila- ja painegradienttien paikalliset muutokset voivat kuitenkin ajoittain aiheuttaa sen, että osa STJ:stä pullistuu hieman napaa kohti tai notkistuu hieman etelämpänä. Yleisesti ottaen STJ:n pohjoisin ulottuvuus vastaa eteläisimmän, vaeltavamman keskileveyspiirin suihkuvirran eteläisintä ulottuvuutta. On siis turvallista olettaa, että nämä kaksi suihkuvirtaa ovat joskus vuorovaikutuksessa keskenään, ja joskus voi syntyä edellytykset keskileveyspiirien syklonien nopealle kehittymiselle, erityisesti Atlantin rannikolla, jossa luonnolliset maa- ja merilämpötilakontrastit tarjoavat suotuisan kasvualustan.
Yksi tällaiseksi mieleenpainuvaksi vuorovaikutussuhteeksi jäi vuoden 1979 yllättävä Presidents’ Dayn lumimyrsky Washingtonissa ja sitä ympäröivissä Keski- Atlantin ja Kaakkois-Atlantin osavaltioissa. Tässä tapauksessa STJ vetäytyi pohjoiseen lounaisvirtauksessa keskileveyspiirien suihkuvirtauksen (jota joskus kutsutaan ”polaariseksi” suihkuvirraksi, merkitty sinisellä) vahvan kaukalon edellä. Tämä konfiguraatio mahdollisti sen, että STJ toimi katalysaattorina vuoden 1979 presidentinpäivän myrskylle. Kauempana idässä, Atlantin valtameren yllä, STJ kääntyy enemmän itään ja lopulta etelään (kuvassa oikealla), kun se alkaa palata kohti keskiasentoaan.
Presidents’ Day -myrsky jätti jälkeensä raskasta lunta Georgiasta Pennsylvaniaan, kuten tässä näkyvässä satelliittikuvassa kello 19Z helmikuun 19. päivänä nähdään. Monet suuret talvimyrskyt keskileveysasteilla hyötyvätkin siitä, että STJ vetäytyy pohjoiseen, kuten tässä tapauksessa. Vaikka Hadleyn solut siis säätelevät säännöllisesti trooppista säätä, ne voivat varmasti vaikuttaa myös keskileveysasteiden säähän!
Hadleyn solujen osalta olemme nyt käsitelleet nousevaa haaraa ITCZ:ssä, ylempää haaraa (joka huipentuu STJ:hen) ja laskevaa haaraa, joka muodostaa subtrooppiset korkeat lämpötilat lähellä 30:tä leveysastetta. Seuraavaksi keskitymme kiertokulun viimeiseen haaraan – pasaatituuleen: pintavirtaukseen, joka palaa kohti ITCZ:tä subtropiikista. Lue eteenpäin!