Elolvasás…
Amikor a középső szélességi körök ciklonjait tanulmányoztuk, beszéltünk egy kicsit a sugáráramlatról, amely egy gyors szelekből álló csatorna a troposzféra teteje közelében. De a sugáráramlat, amiről beszéltünk, valójában a középső szélességi sugáráramlat, amely rendszeresen befolyásolja a középső szélességek időjárását. A középső szélességi sugáráramlat azonban nem az egyetlen sugáráramlat a Földön!
A szubtrópusi magasságokról szóló tárgyalásunkban figyelmen kívül hagytuk a Föld forgását és a Coriolis-erőt, amikor a Hadley-cella magasan fekvő, pólus felé irányuló áramlásáról beszéltünk. Mivel bolygónk forog, a levegő nagy magasságban nem áramlik közvetlenül a pólusok felé. Sőt, sokkal inkább örvénylő útvonalon halad. Ahogy a levegő a Hadley-cella felső ágában a pólus felé áramlik, végül kelet felé kanyarodik (az északi féltekén). A végeredmény az, hogy a Hadley-cella felső ágában lévő légtömegek az egyenlítői régiókból a szubtrópusokba vezető magaslati útjuk során végül a Föld körül keringenek. Ez a pólus felé irányuló spirál a szubtrópusi sugáráramlatban (röviden: STJ) csúcsosodik ki a 30. szélességi fok közelében.
Az STJ valójában az egyik utolsó olyan jelentős troposzférikus jellemző, amelyet közvetlen emberi megfigyeléssel fedeztek fel. A második világháború alatt az amerikai pilóták, miközben Japán és más csendes-óceáni szigetek közelében nyugat felé repültek, a földi sebességnél drámaian alacsonyabb földi sebességet jelentettek, mint a repülőgép által jelzett légsebesség. A földhöz képest nagyon lassú sebességgel való repülés csak egy dolgot jelenthetett – egy hatalmas ellenszelet! Nézze meg az alábbi képet, amely a hosszú távú átlagos szélsebességet (méter/másodpercben) és irányokat mutatja 40 000 láb közelében Ázsia és a Csendes-óceán nyugati része felett a meteorológiai tél (december, január és február) során. A gyors szelek keskeny szalagja a 30. szélességi fok közelében jelzi az STJ átlagos helyzetét. Bár a pilóták néhány küldetésükön alig tudtak előrehaladni, jelentős felfedezést tettek!
Tény, hogy az STJ a Csendes-óceán nyugati régiója felett átlagosan erősebb, mint bárhol máshol a világon. Ez elsősorban azért van, mert a Himalája és Tibet magaslatai megszakítják és eltérítik az általában nyugati irányú légáramlást a felső troposzférában. Keletebbre, az eltérített légtömegek újra összeáramlanak és Japán közelében felgyorsulnak. Hivatkozásképpen a fenti képen látható, hogy az STJ átlagos sebessége Japán közelében a meteorológiai tél folyamán meghaladhatja a 70 méter/másodpercet (kb. 157 mérföld/óra).
A 30. szélességi fok közelében az STJ fenntartásának általános mechanizmusa azonban az a tendencia, hogy a légtömbök megőrzik szögimpulzusukat a Hadley-cellák felső ágaiban. Emlékezzünk vissza, hogy a szögimpulzus megőrzése az a koncepció, amely megmagyarázza, hogy a műkorcsolyázók miért pörögnek olyan sokkal gyorsabban, amikor befelé húzzák a karjukat (csökkentve a forgástengelytől való távolságukat). Ahogy a Hadley-cellák felső ágaiban lévő csomagok a pólus felé spiráloznak, a Föld forgástengelyétől való távolságuk csökken, ami gyorsabb sebességet eredményez. Elméletileg a nyugalomból (a földfelszínhez képest) magasan az Egyenlítő fölött induló levegő a 30. szélességi fokot másodpercenként 134 méteres (nagyjából 260 csomós, azaz 300 mérföld/órás) keleti sebességgel éri el, feltéve, hogy útja során tökéletesen megőrzi a szögimpulzusát.
A valóságban azonban az STJ nem ér el ilyen sebességet. Ez azért van, mert a csomagok nem őrzik meg teljesen a szögimpulzusukat. A magas hegyek és a tornyosuló gomolyfelhők például némi ellenállást gyakorolnak a Hadley-cellák felső ágaiban pólus felé mozgó légpárkányokra. Függetlenül ezektől és a szögimpulzus megőrzésének egyéb akadályaitól, elmondható, hogy a légtömegek a Föld forgástengelye felé spirálisan befelé haladva megőrzik a szögimpulzusukat, és a szögimpulzusukat “beledobják a keverékbe”, amit STJ-nek nevezünk.
Az STJ tehát nagyrészt alapvetően a szögimpulzus megőrzésének következménye (ellentétben a középső szélességi jet streamdel, amely a félgömbi hőmérsékleti gradienseknek köszönheti kialakulását). Az impulzusmegőrzés gondolatát szem előtt tartva hozzáteszem, hogy a Föld forgási sebessége nagymértékben meghatározza az STJ átlagos elhelyezkedését, mivel a Föld forgási sebessége részben a Coriolis-erő nagyságát szabályozza. Ha a Föld forgási sebessége növekedne (ami erősebb Coriolis-erőt eredményezne), az STJ az egyenlítőhöz közelebb alakulna ki. Ha a Föld forgása lelassulna, a Coriolis-erő gyengébb lenne, és az STJ az egyenlítőtől távolabb alakulna ki, mint 30 szélességi fokon.
Kiderült, hogy az STJ télen erősebb, mint nyáron, annak ellenére, hogy a nyári félteke Hadley-cirkulációjának felső ága a pólus felé nagyobb kiterjedésű. Ez furcsának tűnhet, tekintve, hogy az STJ fő hajtóereje az a tendencia, hogy a csomagok megőrzik a szögnyomatékot (ami nagyobb sebességet eredményezne, amikor az STJ magasabb szélességeken van). Akkor miért nem gyorsulnak fel nagymértékben a nyáron a pólus felé távolodó magas légtömegek, amikor még közelebb spiráloznak a Föld forgástengelyéhez?
Kiderült, hogy az északi félteke szubtrópusi régiójának szárazföldi tömegei feletti intenzív napfűtés felborítja a Hadley-keringés almáját. Dióhéjban, alapvetően az északi 30 fok körüli szélességeken (főleg a szárazföldek felett) sokkal melegebb lesz, mint az egyenlítői régiók felett, ezáltal megfordul a tipikus észak-déli hőmérsékleti gradiens. Ennek a megfigyelésnek a megerősítésére nézze meg a hosszú távú átlaghőmérsékleteket a trópusok és szubtrópusok felett júniusra, júliusra és augusztusra vonatkozóan. Mivel a Hadley-cella prototípus modellünk azon a feltételezésen alapul, hogy a maximális felmelegedés övét az egyenlítői régiók felett találjuk, nem meglepő, hogy amikor ez az öv a szubtrópusok felé tolódik, az idealizált Hadley-cirkuláció modellünk összeomlik. Ennek következtében az STJ erőssége csorbát szenved, és az STJ nem játszik olyan fontos szerepet az általános időjárási mintázatban a nyár folyamán.
Az STJ erősségének nyár és tél közötti változását láthatjuk, ha összehasonlítjuk az átlagos szeleket 40 000 láb közelében Észak-Amerika és a szomszédos óceánok felett nyáron és télen (fent). Kezdetnek láthatjuk a gyors szelek jellegzetességét az Egyesült Államok középső és északi része felett. Ez a középszélességi jet-áramlat lenyomata. Az STJ jelölésére vastag fekete nyilakat használtam minden képen. Nyáron (fenti bal oldali kép) a nyári STJ átlagos helyzetéhez két viszonylag gyenge szélcsík kapcsolódik. Az egyik Hawaiitól az USA délnyugati része felé húzódik, a másik pedig az Atlanti-óceán közepétől Északnyugat-Afrika felé. Ezek a “szélcsíkok” elhalványulnak a robusztus téli STJ-hez képest (jobb oldali kép fent).
Télen a robusztus STJ hozzájárulhat a középső szélességi körök feletti nagy téli viharokhoz. Az STJ egy félig állandó jellegzetesség, és ne feledjük, hogy átlagos helyét nagyrészt a Föld forgási sebessége határozza meg. A hőmérséklet- és nyomásgradiensek helyi változásai azonban időről időre az STJ egyes részei kissé a pólus felé domborodhatnak, vagy kissé délebbre süllyedhetnek. Általában az STJ legészakibb kiterjedése megfelel a nomádabb középső szélességi jet-áramlat legdélebbi kiterjedésének. Tehát nyugodtan feltételezhetjük, hogy a két jet-áramlat néha kölcsönhatásba lép, és néha megteremtheti a feltételeket a középső szélességi ciklonok gyors kialakulásához, különösen az Atlanti-óceán partvidéke felett, ahol a természetes szárazföldi-tengeri hőmérsékleti ellentétek kedvező táptalajt biztosítanak.
Egy ilyen emlékezetes kölcsönhatás eredményezte az 1979. évi meglepetésszerű Presidents’ Day Snow Stormot Washington, D.C. és a környező közép-atlanti és délkeleti államok számára. Ebben az esetben az STJ-t észak felé húzta a délnyugati áramlás, megelőzve a középső szélességi jet-áramlás (néha “sarki” jet-áramlásnak nevezik, kékkel jelölve) erős hullámvölgyét. Ez a konfiguráció tette lehetővé, hogy az STJ katalizátorként működjön az 1979-es Presidents’ Day-i viharban. Keletebbre, az Atlanti-óceán felett az STJ keletebbre és végül délre fordul (a jobb oldali képen), ahogy kezd visszatérni az átlagos helyzetéhez.
A Presidents’ Day vihar nyomában súlyos havat hagyott Georgia-tól Pennsylvania-ig, amint az ezen a február 19-én 19Z-kor készült látható műholdképen látható. Valóban, a középső szélességi körökben sok nagy téli viharnak kedvez, hogy az STJ észak felé húzódik, mint ebben az esetben. Tehát, bár a Hadley-cellák rendszeresen irányítják a trópusi időjárás aspektusait, minden bizonnyal hatással lehetnek a középső szélességi körök időjárására is!
A Hadley-cellákról szólva, most az ITCZ felszálló ágát, a felső ágat (amely az STJ-ben csúcsosodik ki) és a lemenő ágat, amely a szubtrópusi magaslatokat alkotja a 30. szélességi fok közelében. A következőkben a cirkuláció utolsó ágára – a passzátszelekre – fogunk összpontosítani: a felszíni áramlásra, amely a szubtrópusok felől az ITCZ felé tér vissza. Olvasson tovább!