Table of Contents

Что такое реактивный поток?

Струйный поток — узкий, быстро движущийся поток воздуха, находящийся в верхней тропосфере, обычно между 9 и 16 километрами над поверхностью Земли. Эти высотные ветры могут достигать скорости, превышающей 200 километров в час, и они играют фундаментальную роль в формировании погодных условий по всему земному шару. В отличие от поверхностных ветров, струйный поток обусловлен прежде всего температурными контрастами между полярными и тропическими воздушными массами, в сочетании с вращением Земли.

В каждом полушарии есть два основных струйных потока: полярный струйный поток и субтропический струйный поток. Полярный струйный поток, более сильный и изменчивый, образуется на границе между холодным полярным воздухом и более теплым воздухом средней широты. Субтропический струйный образуется вблизи края тропической циркуляции Хэдли и в целом слабее, но все еще влиятельнее. Оба являются основными особенностями глобальной системы атмосферной циркуляции.

Струйный поток не течет по прямой линии. Он извивается в волнистом узоре, создавая впадины (южные провалы) и хребты (северо-западные выпуклости). Эти волны, известные как волны Россби, отвечают за движение погодных систем. Когда струйный поток становится сильно усиленным, это может привести к блокированию узоров - устойчивые погодные условия, такие как длительные тепловые волны или холодные заклинания.

Как формируется реактивный поток

Фундаментальным драйвером струйного потока является температурный градиент между экватором и полюсами. Теплый воздух из тропиков поднимается и движется в сторону полюса, в то время как холодный полярный воздух опускается и движется в сторону экватора. Эффект Кориолиса, вызванный вращением Земли, отклоняет эти движущиеся воздушные массы, создавая сильные западные ветры в верхней атмосфере. Зона, где этот горизонтальный температурный градиент является самым крутым — полярный фронт — там, где полярный струйный поток наиболее интенсивный.

Зимой температурный контраст между полюсами и тропиками больше, что усиливает струйный поток и часто толкает его на юг.Летом градиент ослабевает, а струйный поток движется на север и становится менее мощным.Сезонные сдвиги широты струйного потока напрямую влияют на погоду, испытываемую в средних широтах, включая Северную Америку, Европу и Азию.

Как реактивный поток влияет на погоду

Положение и сила струйного потока оказывают прямое и непосредственное воздействие на поверхностную погоду. Он действует как рулевой ток для систем высокого и низкого давления, контролируя, где развиваются штормы и как быстро они движутся. Когда струйный поток сильный и зональный (течет с запада на восток с минимальным извилистым извилистым), погодные системы быстро движутся, а изменения температуры умеренные. Когда он становится меридиональным (с большими петлями север-юг), погодные условия становятся более экстремальными и стойкими.

Штормовое рулевое управление и штормовые треки

Струйный поток по существу направляет циклоны и антициклоны. Системы низкого давления имеют тенденцию формироваться по пути струйного потока и переносятся по нему вниз по течению. Вот почему штормовые дорожки в средних широтах выравниваются с положением струйного потока. Небольшое смещение струи может перенаправить штормовую систему на сотни километров, изменяя осадки и характер ветра над населенными регионами.

Например, падение на юг (грубое) в струйном потоке часто приносит холодный воздух из Арктики в средние широты, что приводит к зимним штормам и похолоданиям. И наоборот, северный хребет позволяет теплому воздуху продвигаться в более высокие широты, иногда вызывая волны тепла. Эти модели также связаны с блокированием высоких значений - статических областей высокого давления, которые могут задерживать погодные системы в течение нескольких дней или недель.

Температурные качели

Одним из наиболее заметных воздействий струйного потока на повседневную жизнь является его способность вызывать быстрые изменения температуры. Когда струйный поток смещается к северу от области, область испытывает мягкие или теплые условия. Когда он смещается на юг, холодный воздух может резко хлынуть. Вот почему некоторые зимы видят дикие колебания температуры: теплое заклинание через неделю с последующим глубоким замораживанием. Извилистые потоки струи являются прямой причиной таких колебаний.

Паттерны осадков

Струйный поток влияет на места, где выпадают дождь и снег. Он создает зоны сходимости и расхождения в верхних слоях атмосферы, которые приводят к вертикальному движению. Где воздух расходится в воздухе, падает поверхностное давление и развиваются штормовые системы. Где воздух сходится в воздухе, поверхностное давление повышается, приводя к более чистому небу. Струйный поток также переносит влагу через континенты, связывая тропические источники влаги с среднеширотными штормовыми системами. Это особенно важно для зимних штормов, которые полагаются на влагу, транспортируемую струей из Тихого океана или Атлантики.

Авиация и реактивный поток

Струйный поток является критическим фактором в авиации. Пилоты используют реактивный поток для оптимизации маршрутов полета и топливной эффективности. Полеты с сильным попутным ветром из реактивного потока могут значительно сократить время полета и расход топлива. И наоборот, полеты против реактивного потока увеличивают время полета и расход топлива. Авиакомпании и планировщики полетов отслеживают реактивные потоки в режиме реального времени для корректировки маршрутов. Самые сильные реактивные ветры обычно встречаются на крейсерских высотах коммерческих самолетов, около 10 000 до 12 000 метров.

Типы реактивных потоков

В то время как полярные и субтропические струйные потоки являются наиболее известными, в атмосфере существуют и другие струйные потоки, каждый из которых имеет свои отличительные характеристики и роли в глобальной циркуляции.

Полярный реактивный поток

Полярный струйный поток образуется на границе полярных и средних широтных воздушных масс, как правило, между 45° и 65° широты в обоих полушариях. Это самый сильный и переменный струйный поток, скорость которого часто превышает 150 км/ч, а иногда и достигает более 300 км/ч. Полярный струйный поток тесно связан с полярным фронтом и связан с развитием циклонов средних широт. Его положение меняется сезонно, а его меандры могут оказывать драматическое воздействие на погоду в Северной Америке и Европе.

Субтропический реактивный поток

Субтропический струйный поток расположен дальше на юг, около 30° до 45° широты. Он связан с нисходящей ветвью циркуляции Хэдли. Этот струйный поток в целом слабее полярного, но играет ключевую роль в транспортировке влаги из тропиков в субтропики и средние широты. Зимой субтропический струйный может сливаться с полярным струей, создавая комбинированный, очень сильный поток через Тихий и Атлантический океаны.

Низкоуровневые реактивные потоки

Не все реактивные потоки происходят на больших высотах. Низкоуровневые струи, такие как низкоуровневый реактивный самолет Великих равнин в США, формируются на высотах от 1 до 3 километров. Эти струи важны для транспортировки влаги из Мексиканского залива в центральные США, разжигая грозы и осадки. Они наиболее выражены ночью и могут вызывать значительные погодные эффекты, такие как сильные штормы и наводнения.

Стрекостные реактивные потоки

В стратосфере существуют струйные потоки, связанные с полярным вихрем. Полярная ночная струя образуется зимой в полярной стратосфере и циркулирует вокруг полюса. Эта струя является частью полярного вихря, который может влиять на зимнюю погоду в средних широтах, когда она ослабевает или ломается, вызывая внезапные события стратосферного потепления, которые могут спровоцировать вспышки холодного воздуха.

Факторы, влияющие на реактивный поток

Поведение струйного потока не случайно. Он формируется несколькими взаимодействующими факторами, от сезонных циклов до температуры океана и климатических явлений. Понимание этих влияний помогает синоптикам прогнозировать погодные условия за несколько недель.

Сезонные изменения

Наиболее очевидное влияние на струйный поток — изменение сезонов.По мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, угол солнечного излучения изменяется, изменяя температурный градиент между экватором и полюсами. Летом градиент ослабевает, заставляя струйный поток двигаться в сторону полюса и ослабевать. Зимой более сильный температурный градиент толкает струйный экватор в сторону и усиливает его поток. Эти сезонные сдвиги влияют на распределение штормов, осадков и температурных экстремумов.

Градиенты температуры

Сила струйного потока прямо пропорциональна разнице температур по всему полярному фронту. Более крутой градиент — там, где холодный и теплый воздух находятся в тесном контакте — создает более сильный струйный. Это происходит чаще всего зимой, но может произойти в любое время года во время вспышек холодного воздуха или когда теплый воздух поднимается на север. Изменение климата ослабляет широтный температурный градиент, особенно в Арктике, что имеет последствия для поведения струйного потока.

Различия атмосферного давления

Градиенты давления в верхних слоях атмосферы также приводят в движение струйный поток. Области низкого давления в воздухе создают впадины, в то время как высокое давление создает гребни. Струйный поток протекает вдоль границы между этими особенностями. Когда системы давления усиливаются, струйный поток становится более волнистым, что приводит к более экстремальным погодным условиям. Взаимодействие между струйным потоком и системами поверхностного давления является двусторонним процессом: струя управляет поверхностными системами, а поверхностные системы могут, в свою очередь, модифицировать струю.

Океаническая циркуляция и Эль-Ниньо

Температура океана влияет на струйный поток через теплообмен с атмосферой. Теплые температуры поверхности моря могут усиливать конвекцию и изменять ветры верхнего уровня. События Эль-Ниньо и Ла-Нинья в тропической части Тихого океана имеют хорошо документированные эффекты на струйный поток. Во время Эль-Ниньо повышенная конвекция в центральной и восточной части Тихого океана сдвигает струйный поток на юг, принося более влажные условия на юг США и в Калифорнию. Во время Ла-Нинья струйный поток имеет тенденцию быть более северным, что приводит к более сухим условиям на юге и более холодным зимам на севере.

Изменение климата и реактивный поток

Растет число доказательств того, что изменение климата влияет на струйный поток. Усиление Арктики — более быстрое потепление Арктики по сравнению с остальной частью планеты — снижает температурный градиент между Арктикой и средними широтами. Это ослабление градиента может привести к тому, что струйный поток станет более волнистым и более медленным, что приведет к постоянным экстремальным погодным явлениям, таким как длительные тепловые волны, засухи и наводнения. Однако это активная область исследований, и точные механизмы все еще изучаются.

Потепление климата также изменяет положение и силу субтропической струи, потенциально сдвигая пояса осадков в сторону полюса.Эти изменения могут иметь значительные последствия для сельского хозяйства, водных ресурсов и борьбы со стихийными бедствиями в ближайшие десятилетия.

Влияние на ежедневную погоду

Струйный поток влияет на несколько аспектов ежедневной погоды, которые люди испытывают непосредственно. Понимание этих воздействий помогает отдельным лицам и сообществам подготовиться к погодным явлениям.

  • Штормовые тропы:] Струйный поток направляет движение штормов.Когда струя сильна и зональна, штормы движутся быстро и менее интенсивны. Когда струя волнистая, штормы могут застопориться, что приводит к продолжительному дождю или снегу.
  • Температурные колебания: Быстрые сдвиги в струйном потоке могут вызвать изменения температуры 10-20°C всего за день или два. Эти колебания распространены весной и осенью, когда струя наиболее активна.
  • Узоры осадков: Струйный поток определяет, куда переносится влага и где она сходится. Это влияет на расположение дождя, снега и гроз. Небольшой сдвиг в струе может означать разницу между засухой и наводнением.
  • Ветер и турбулентность:] Сам реактивный поток создает сильные ветры в воздухе, которые могут влиять на авиацию. Он также генерирует турбулентность в чистом воздухе, которая может быть опасной для самолетов, но обычно предотвратима при современном прогнозировании.
  • Зимняя погода: Полярный реактивный самолет тесно связан с развитием зимних штормов. Когда реактивный самолет падает на юг, он может принести арктический воздух и снег в регионы, которые редко его видят, такие как юг Соединенных Штатов или Западная Европа.
  • Летние тепловые волны: Летом выпуклость на север в струйном потоке может позволить сформировать тепловой купол, захватывая горячий воздух в регионе в течение нескольких дней или недель. Эта картина была связана со смертельными тепловыми волнами в Европе и Северной Америке.

Наблюдение и прогнозирование реактивного потока

Метеорологи полагаются на сеть наблюдений и компьютерные модели для отслеживания и прогнозирования струйного потока. Погодные воздушные шары, известные как радиозонды, запускаются два раза в день из сотен мест по всему миру. Они измеряют температуру, давление, влажность и скорость ветра на различных высотах, включая уровень струйного потока. Спутниковые данные также предоставляют критическую информацию: инфракрасные и водяные паровые изображения могут выявить положение струйного потока и связанные с ним особенности.

Численные модели прогнозирования погоды используют эти наблюдения для моделирования атмосферы и прогнозирования эволюции струйного потока. Эти модели значительно улучшились за последние десятилетия, что позволяет синоптикам прогнозировать струйные модели до двух недель заранее с разумным умением. Однако хаотичный характер атмосферы означает, что прогнозы за 10-14 дней остаются неопределенными, особенно когда струйный поток находится в сильно усиленном или блокирующем состоянии.

Реактивный поток в долгосрочном прогнозировании

Прогнозы на большие расстояния, такие как сезонные прогнозы, часто зависят от понимания поведения струйного потока. Телесвязи, такие как Эль-Ниньо-Южное колебание, Североатлантическое колебание и Атлантическое многовековое колебание, влияют на положение и силу струйного потока. Эти крупномасштабные модели помогают синоптикам предсказать, будет ли зима холодной и снежной или мягкой и сухой, или лето будет жарким и сухим или прохладным и влажным.

Исторические примеры экстремумов реактивного потока

Несколько экстремальных погодных явлений в недавней истории были связаны с аномальным поведением струйных потоков.

2012 Европейский холодный заклинание

В феврале 2012 года падение полярного струйного потока на юг принесло экстремальные холода и снегопады в большую часть Европы. Температура упала до -35 °C в некоторых частях Восточной Европы, и сотни смертей были связаны с холодом. Струйный поток оставался в этом образце почти две недели, блокируя нормальный поток погодных систем с запада на восток.

Европейская тепловая волна 2018

Летом 2018 года стойкий хребет в струйном потоке запирал горячий воздух над северной Европой, что привело к рекордной жаре и засухе. Температура превысила 30 °C в Скандинавии, а в Швеции и Великобритании вспыхнули лесные пожары. Такая же картина вызвала сильные наводнения в Японии, поскольку положение струйного потока перекачивало влагу в регион.

Североамериканская холодная вспышка 2021 года

В феврале 2021 года серьезное нарушение полярного вихря, тесно связанное с струйным потоком, отправило холодный воздух глубоко в южные Соединенные Штаты. Техас испытал температуры значительно ниже нуля, широко распространенные отключения электроэнергии и гибель людей. Это событие было связано с внезапным событием стратосферного потепления, которое ослабило полярный вихрь и позволило холодному воздуху разлиться на юг.

Практическая значимость: как реактивный поток влияет на вас

В то время как реактивный поток является высоковысотным явлением, его эффекты ощущаются на поверхности значимым образом. Для фермеров реактивный поток определяет условия вегетационного периода и риск заморозков, засухи или наводнений. Для энергетических компаний он влияет на спрос на отопление и охлаждение и доступность энергии ветра. Для менеджеров по чрезвычайным ситуациям он предоставляет важную информацию для прогнозирования штормов и экстремальных явлений. Для путешественников, особенно тех, кто летает, реактивный поток может влиять на время полета и затраты.

В условиях меняющегося климата понимание струйного потока становится все более важным для адаптации и устойчивости.По мере того, как атмосфера продолжает нагреваться, сдвиги в струйном потоке могут изменить режимы осадков, штормовые трассы и температурные режимы таким образом, что это повлияет на экосистемы, сельское хозяйство и человеческие сообщества.

Заключение

Струйный поток является динамичной и мощной особенностью атмосферы Земли. Его извилины и сдвиги формируют погоду, испытываемую миллиардами людей. Понимая, что управляет струйным потоком и как он взаимодействует с другими компонентами климатической системы, мы можем лучше предвидеть экстремальные погодные условия и подготовиться к будущему, в котором эти модели могут измениться. Являетесь ли вы энтузиастом погоды, студентом или просто кем-то, кто хочет понять, почему ваша неделя погоды выглядит так, как она выглядит, струйный поток предлагает убедительное окно в силы, которые управляют атмосферой нашей планеты.

Для дальнейшего чтения о реактивном потоке и его роли в погоде и климате следующие ресурсы предоставляют авторитетную информацию: страница реактивного потока UK Met Office , онлайн-школа NOAA JetStream для погоды , климатический портал NASA для информации о последствиях изменения климата и Инициатива по изучению атрибуции экстремальных событий, связанных с моделями струйного потока.