Что такое реактивный поток?

Струйный поток представляет собой узкую полосу сильного ветра в верхних слоях атмосферы, обычно встречающуюся на высотах от 30 000 до 40 000 футов. Эти ветры могут достигать скорости от 100 до 200 миль в час и течь с запада на восток через Северное полушарие. Метеорологи отслеживают струйный поток постоянно, потому что он служит основным драйвером поверхностных погодных систем. Изменения в его положении или интенсивности могут смещать штормовые дорожки, изменять температурные режимы и влиять на количество осадков на континентах. Понимание струйного потока имеет важное значение для прогнозирования погоды, планирования авиационных маршрутов и исследований климата.

Струйный поток образуется вдоль границы между холодным полярным воздухом и более теплым субтропическим воздухом. Этот температурный контраст создает крутой градиент давления, ускоряющий ветер. Чем больше разница температур, тем сильнее струйный поток. Сезонные сдвиги в солнечном излучении изменяют расположение этой границы, заставляя струйный поток двигаться на север летом и на юг зимой. Его путь не является прямой линией; он извивается в волнах, называемых волнами Россби. Эти волны могут задерживаться или ломаться, приводя к устойчивым погодным условиям, таким как волны тепла, засухи или длительные холодные периоды.

В Северном полушарии обычно два основных струйных потока: полярный струйный и субтропический струйный, который сильнее двух, движется вблизи границы полярных воздушных масс. Субтропический струйный образуется ближе к экватору и связан с краем тропического воздуха. В определённое время года эти два струи могут сливаться, создавая ещё более мощный ток, который управляет погодными системами на широких территориях.

Происхождение и общий путь реактивного потока Северного полушария

Струйный поток берет начало в регионе, где холодный воздух с полюсов встречает более теплый воздух с средних широт. В Северном полушарии эта граница обычно лежит между 30 и 60 градусами северной широты. Путь струйного потока не фиксируется. Он смещается ежедневно, еженедельно и сезонно в ответ на изменения температуры, давления и вращения Земли. Эффект Кориолиса, вызванный вращением Земли, отклоняет движущийся воздух вправо в Северном полушарии, из-за чего струйный поток протекает в основном с запада на восток.

Путь струйного потока можно рассматривать как извилистую реку воздуха. Он течет волнами по всему миру, иногда опускаясь далеко на юг, а иногда выпирая на север. Эти извилины, или волны Россби, могут охватывать тысячи миль. Когда струйный поток глубоко опускается на юг, холодный воздух падает из Канады в Соединенные Штаты или из Сибири в Европу. Когда он выпирает на север, теплый воздух толкает к Арктике. Амплитуда этих волн определяет степень температурных и погодных экстремальных явлений, испытываемых на поверхности.

В течение года струйный поток путешествует по широкой полосе широт. Зимой он часто тонет на юг, принося холодный воздух и штормы на юг США, Средиземноморье и Восточную Азию. Летом он отступает на север, позволяя теплым, стабильным условиям преобладать над многими регионами средней широты. Струйный поток также сильнее зимой, потому что разница температур между экватором и полюсом больше в течение этого сезона.

Основные места вдоль реактивного потока

Аляска и Западная Канада

Струйный поток часто опускается на юг над Аляской и западной Канадой в зимние месяцы. Этот паттерн, известный как корыто, стягивает холодный арктический воздух с севера и направляет его в регион. Результатом часто является суровая зимняя погода, включая сильный снегопад, ледяные бури и холодные температуры. Положение струйного потока над этой областью также определяет путь тихоокеанских штормов. Когда струйный поток расположен над Аляскинским заливом, он направляет влагозагруженные штормы в прибрежные горы Британской Колумбии и юго-восточной Аляски, производя одни из самых тяжелых осадков на континенте.

Алеутский низ, полупостоянная система давления в Аляскинском заливе, сильно взаимодействует с струйным потоком. Когда струйный поток проходит через эту зону низкого давления, он может укрепить низкие и углубить штормовые системы. Эти штормы затем перемещаются на восток в западную Канаду и северные Соединенные Штаты. Топография региона, включая прибрежные горы и Скалистые горы, еще больше формирует поведение струйного потока, заставляя воздух подниматься и создавая эффекты на восточной склонах.

Скалистые горы

Скалистые горы выступают в качестве физического барьера, который заставляет струйный поток регулировать свой путь. Когда струйный поток сталкивается с высокими вершинами Скалистых гор, ветер сжимается и отклоняется. Это часто заставляет струйный поток развивать корыто на лие-боке гор, что может породить штормовые системы над центральной частью Соединенных Штатов. Эффект известен как циклогенез лие, где районы низкого давления быстро формируются к востоку от Скалистых гор. Этот процесс отвечает за многие сильные штормы, которые влияют на Великие равнины, включая метели и сильные грозы.

Взаимодействие между струйным потоком и Скалистыми горами также создает температурный разрыв. На западной стороне гор воздух имеет тенденцию быть более прохладным и стабильным. На восточной стороне воздух нагревается по мере его опускания, часто создавая сильные ветра Чинука, которые могут поднять температуру на 30 или 40 градусов по Фаренгейту за считанные часы. Эти резкие колебания температуры являются отличительной чертой погоды региона и напрямую связаны с положением и силой струйного потока.

Регион Скалистых гор служит естественной лабораторией для изучения того, как местность вынуждает ветры верхнего уровня.Метеорологи внимательно следят за положением струйного потока над этой областью, поскольку он обеспечивает ранние показатели будущих погодных условий по всей центральной и восточной части Соединенных Штатов.

Великие озера и Восточная Канада

По мере того, как струйный поток продолжается на восток, он пересекает район Великих озер и восточную Канаду. Эта область особенно чувствительна к сдвигам в струйном потоке из-за сдерживающего влияния самих Великих озер. Зимой, когда струйный поток опускается на юг, холодный арктический воздух течет по относительно теплым озерам, создавая снежные полосы, которые могут доставлять ножки снега общинам по ветру каждого озера. Буффало, Нью-Йорк и города вдоль восточных берегов озер Эри и Онтарио особенно подвержены этим событиям, когда струйный поток выравнивается правильно.

В летние месяцы струйный поток обычно смещается на север над восточной Канадой. Это перемещение позволяет теплому, влажному воздуху из Мексиканского залива втекать в северо-восточные Соединенные Штаты, разжигая случайные грозы и тепловые волны. Положение струйного потока над восточной Канадой также влияет на трек тропических штормов и ураганов, которые движутся вверх по восточному побережью. Когда струйный поток расположен на севере, он может направлять штормы в море; когда он опускается на юг, он может тянуть штормы внутри страны, вызывая широко распространенный ущерб.

Долина реки Святого Лаврентия и морские провинции Канады также сильно затронуты.Световой поток направляет погодные системы из внутренней части континента в сторону Атлантического океана, а регион вокруг Новой Шотландии и Ньюфаундленда часто испытывает прохождение интенсивных систем низкого давления, которые были подпитаны температурным контрастом между сушей и морем.

Североатлантический океан

Пересекая Северную Атлантику, реактивный поток играет решающую роль в формировании погоды по всей Европе. Североатлантический реактивный поток выступает в качестве конвейерной ленты для штормов, которые формируются у побережья Северной Америки и движутся на восток. Эти штормы часто усиливаются по мере их перемещения по более теплым водам Гольфстрима, достигая пиковой силы вблизи Исландии и Британских островов. Положение реактивного потока определяет, следуют ли эти штормы в сторону Великобритании, Скандинавии или южной Европы.

Когда струйный поток находится в сильном, зональном узоре (течет прямо с запада на восток), штормы быстро перемещаются через Атлантику и приносят влажную, ветреную погоду в северную Европу. Когда струйный поток становится волнистым или заблокированным, это может привести к тому, что погодные условия застопорятся. Постоянный хребет над Европой может привести к волнам тепла и засухам, в то время как устойчивое желоб может принести недели дождей и наводнений. Летняя европейская жара 2003 года и зима 2013 года; 14 наводнений в Великобритании были связаны с застрявшими струйными потоками над Северной Атлантикой.

Североатлантическое колебание (НАО), климатический индекс, измеряющий разницу давления между Исландией и Азорскими островами, тесно связан с поведением струйного потока. Положительная фаза НАО соответствует сильному струйному потоку, который приносит мягкие влажные зимы в северную Европу. Отрицательная фаза НАО ослабляет струйный поток, позволяя холодному воздуху оседать над Европой и часто приводя к более холодным, более сухим зимам на континенте.

Восточная Азия

Влияние струйного потока на восточную Азию глубоко, что влияет на погоду Китая, Японии, Кореи и прилегающих регионов. Зимой струйный поток приносит холодный воздух из Сибири на юг, создавая холодные, сухие условия по всему северному Китаю и Японии. Сила зимнего струйного потока над этим регионом определяет, насколько далеко на юг может проникнуть холодный воздух. Когда струйный поток особенно силен, холодные вспышки могут дойти до Тайваня и Гонконга, принося необычные морозы и снег.

Весной и летом струйный поток взаимодействует с азиатской муссоновой системой. Субтропический струйный поток, который лежит к югу от полярного струи, помогает направлять влагу из Индийского океана и Южно-Китайского моря в Восточную Азию. Положение струйного потока определяет сроки и интенсивность муссонных дождей. Когда струйный поток смещается на север в конце весны, муссонный фронт, известный как фронт Мэйю в Китае и фронт Байу в Японии, задерживается по всему региону, производя недели устойчивых дождей. Это количество осадков жизненно важно для сельского хозяйства, но также может вызвать разрушительные наводнения.

Япония особенно подвержена поведению струйного потока из-за его гористой местности и его положения при слиянии холодного воздуха из Сибири и теплого воздуха из Тихого океана. Струйный поток также влияет на трек тайфунов в западной части Тихого океана. Сильный, северный струйный поток может направлять тайфуны в сторону Японии и Кореи, в то время как более слабый или более южный струй может удерживать их над открытой водой или направлять их в сторону Филиппин и Вьетнама.

Сезонные вариации в реактивном потоке

Сезонный цикл струйного потока — один из важнейших закономерностей в метеорологии Северного полушария. Осенью и зимой солнце низко в небе над Арктикой, а полярный регион резко охлаждается. Это создаёт большой температурный градиент между холодными полюсами и относительно теплыми средними широтами. Увеличенный тепловой контраст усиливает струйный поток и толкает его на юг. Зимний струйный поток может окунуться в южные США, Средиземноморье и Центральную Азию, принося холодный воздух и штормы в эти широты.

Летом солнце согревает Арктику, уменьшая перепад температур между полюсами и экватором. Струйный поток ослабевает и смещается на север, часто оседает вблизи канадской границы в Северной Америке или через Балтийское море в Европе. Более слабый летний струйный поток позволяет погодным системам двигаться медленнее, что может привести к длительным периодам жаркой, сухой погоды или, альтернативно, стойкого дождя. Снижение скорости ветра также делает струйный поток более склонным к извилистости, что может вызвать необычные погодные условия, такие как ранний сезонный снег в северных Соединенных Штатах или несезонно прохладные условия в Европе.

Переходные сезоны весны и осени — периоды быстрых перемен. Весной струйный поток начинает ослабевать и дрейфовать на север по мере потепления Арктики. Штормовые пути смещаются соответственно, а риск суровой погоды возрастает в центральной части США по мере того, как теплый, влажный воздух из Мексиканского залива сталкивается с затяжным холодным воздухом с севера. Осенью происходит обратное: струйный поток укрепляется и движется на юг, и начинают формироваться первые зимние штормы.

Влияние реактивного потока на погоду и климат

Струйный поток влияет почти на каждый аспект ежедневной погоды в Северном полушарии. Он контролирует, где формируются штормы, как быстро они движутся и в какие регионы попадают осадки. Сильный, полностью зональный струйный поток создает прогрессивную картину, где штормы движутся быстро и погода часто меняется. Слабый или сильно усиленный струйный поток создает блокированную картину, где погодные системы останавливаются, что приводит к длительным периодам влажных, сухих, жарких или холодных условий.

Одно из наиболее значительных воздействий реактивного потока — на авиацию.Авиакомпании планируют маршруты полётов, чтобы воспользоваться попутными ветрами от реактивного потока на крейсерской высоте, что может сократить время полёта и сэкономить топливо. Полёт туда и обратно из Нью-Йорка в Лос-Анджелес может меняться по продолжительности более чем на час в зависимости от положения и силы реактивного потока. И наоборот, рейсы, направляющиеся на запад, должны избегать сильных встречных ветров, выбирая высоты или пути, где реактивный поток слабее.

Струйный поток также влияет на сельскохозяйственное планирование. Фермеры на Великих равнинах и в Европе наблюдают за струйным потоком весной, чтобы предвидеть условия роста. Постоянное желоб может задержать посадку и снизить урожайность, в то время как хребет может принести раннее тепло и засуху. Менеджеры водных ресурсов также полагаются на прогнозы струйного потока для прогнозирования снежного покрова и стока в горных регионах, которые жизненно важны для орошения и питьевого водоснабжения.

Экстремальные погодные явления часто связаны с необычным поведением струйного потока. Тепловая волна Тихоокеанского Северо-Запада 2021 года, которая побила температурные рекорды в Орегоне, Вашингтоне и Британской Колумбии, была вызвана сильным стационарным хребтом в струйном потоке, который захватил горячий воздух над регионом. Обширное наводнение в Германии и Бельгии в июле 2021 года было связано с отсечением низкого уровня, который застопорился над Западной Европой, питаемый извилистым струйным потоком, который втягивал влагу с нескольких направлений.

Реактивный поток и изменение климата

Изменение климата изменяет поведение струйного потока способами, которые ученые до сих пор пытаются понять в полной мере. Одна из ведущих гипотез заключается в том, что арктическое усиление, быстрое потепление Арктики относительно остального земного шара, снижает температурный градиент между полюсом и экватором. Более слабый температурный градиент должен производить более слабый струйный поток, и есть свидетельства того, что летний струйный поток действительно замедлился в последние десятилетия.

Более медленный, более слабый струйный поток имеет тенденцию к увеличению меандра с большей амплитудой север-юг. Это может привести к более устойчивым погодным условиям, увеличивая вероятность длительных тепловых волн, засух и наводнений. Некоторые исследования показывают, что струйный поток становится более «волновым» и что эти волны застопоряются чаще, блокируя экстремальную погоду на месте в течение длительных периодов. Исследования из таких учреждений, как Национальная академия наук [FLT: 1] и журнал Nature Climate Change [FLT: 2]], задокументировали тенденции в поведении струйного потока, которые согласуются с потеплением мира.

Однако не все климатические модели сходятся во мнении о величине или направлении этих изменений. На струйный поток влияют многие факторы, включая температуру поверхности моря, ледяной покров, снежный покров и стратосферные условия, которые меняются сложными способами. Ясно, что сообществам в Северном полушарии необходимо подготовиться к будущему, в котором экстремальные явления, вызванные струйным потоком, могут стать более распространенными и более интенсивными.

Наблюдение и прогнозирование реактивного потока

Метеорологи наблюдают струйный поток с помощью метеозондов, спутниковых данных и отчетов о самолётах. Сеть радиозондных запусков с сотен станций по всему миру обеспечивает дважды в день измерения скорости ветра, направления ветра, температуры и давления на верхних уровнях. Спутниковые снимки фиксируют положение облаков, образующихся вдоль струйного потока, а спутниковые скаттерометры измеряют скорость ветра над океанами. Эти наблюдения подаются в глобальные компьютерные модели, которые имитируют атмосферу и предсказывают положение струйного потока за несколько дней до нескольких недель.

Глобальная система прогнозирования (GFS) (FLT:1), управляемая Национальной метеорологической службой и Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) (ECMWF) являются двумя наиболее широко используемыми моделями для прогнозирования струйного потока. Эти модели делят атмосферу на сетку из миллионов точек и решают уравнения движения для каждой из них. По мере увеличения вычислительной мощности и улучшения данных наблюдений эти модели продолжают улучшать свою способность захватывать сложную динамику струйного потока.

Практическое применение и заключительные мысли

Для любого, кто живет или путешествует в Северном полушарии, струйный поток является фундаментальной частью повседневной погоды. Знание его общего положения и силы может помочь в планировании поездок, подготовке к штормам и понимании долгосрочных климатических тенденций. Струйный поток - это не абстрактная концепция, зарезервированная для метеорологов; это двигатель, который управляет погодой, которую мы испытываем на поверхности.

От пилотирования трансатлантического полета до принятия решения о том, когда сажать урожай, влияние струйного потока достигает многих аспектов современной жизни. Пять ключевых регионов, охваченных в этой статье: Аляска и Западная Канада, Скалистые горы, Великие озера и восточная Канада, Северная Атлантика и Восточная Азия представляют собой наиболее важные зоны, где струйный поток формирует погоду в масштабе, который затрагивает миллионы людей. Каждый регион взаимодействует с струйным потоком уникальным образом, диктуемым местной географией, океанскими течениями и сезонными циклами.

По мере того, как климат продолжает нагреваться, поведение струйного потока будет оставаться в центре внимания исследователей и общественности. Достижения в моделировании и наблюдении неуклонно улучшают нашу способность предсказывать его повороты, давая сообществам больше времени для подготовки к экстремальным событиям. Путь струйного потока не случайный; это физическое выражение энергетического баланса Земли. Прослеживая этот путь через Северное полушарие, мы получаем более четкую картину погоды сейчас и в ближайшие десятилетия.