Реактивные потоки — это быстрые, узкие, извилистые потоки воздуха в атмосферах Земли , [1] Венеры , Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. [2] На Земле основные струйные течения расположены вблизи высоты тропопаузы и представляют собой ветры западного направления (текущие с запада на восток). Струйные струи могут начинаться, останавливаться, разделяться на две и более частей, объединяться в одну струю или течь в различных направлениях, в том числе противоположно направлению остальной части струи.
Самыми сильными реактивными течениями являются полярные струи вокруг полярных вихрей на высоте 9–12 км (5,6–7,5 миль; 30 000–39 000 футов) над уровнем моря, а также более высотные и несколько более слабые субтропические струи на высоте 10–16 км (6,2–6,2–6,2–12 км). 9,9 миль (33 000–52 000 футов). В Северном и Южном полушариях есть полярная и субтропическая струи. Полярная струя северного полушария течет над средними и северными широтами Северной Америки , Европы и Азии и промежуточными океанами , в то время как полярная струя южного полушария в основном кружит вокруг Антарктиды , и то и другое круглый год.
Реактивные потоки являются продуктом двух факторов: нагрева атмосферы солнечным излучением , которое создает крупномасштабные полярные ячейки, ячейки Феррела и Хэдли , и действия силы Кориолиса, действующей на эти движущиеся массы. Сила Кориолиса вызвана вращением планеты вокруг своей оси. На других планетах их реактивные течения обусловлены внутренним теплом , а не солнечным нагревом. Полярная струйная струя формируется вблизи границы полярной и циркуляционной ячеек Феррела; субтропическая струя формируется вблизи границы циркуляционных ячеек Феррела и Хэдли. [3]
Существуют и другие струйные течения. Летом в Северном полушарии восточные струи могут образовываться в тропических регионах, обычно там, где сухой воздух встречается с более влажным на больших высотах. Самолеты на малых высотах также типичны для различных регионов, таких как центральная часть Соединенных Штатов. В термосфере также существуют струйные течения . [4]
Метеорологи используют расположение некоторых струйных течений как помощь в прогнозировании погоды . Основная коммерческая значимость реактивных течений заключается в авиаперелетах, поскольку на время полета может существенно повлиять полет как по течению, так и против него. Часто авиакомпании работают над тем, чтобы летать «с» реактивным потоком, чтобы получить значительную экономию затрат на топливо и времени. Динамические маршруты в Северной Атлантике являются одним из примеров того, как авиакомпании и авиадиспетчеры работают вместе, чтобы приспособиться к реактивному потоку и ветру на высоте, что приводит к максимальной выгоде для авиакомпаний и других пользователей. Турбулентность в ясном небе , представляющая потенциальную угрозу безопасности пассажиров самолета, часто наблюдается вблизи реактивного течения, но она не приводит к существенному изменению времени полета.
Первые указания на это явление поступили от американского профессора Элиаса Лумиса (1811-1889) в 1800-х годах, когда он предложил мощное воздушное течение в верхних слоях атмосферы, дующее с запада на восток через Соединенные Штаты, в качестве объяснения поведения сильных штормов. [5] После извержения вулкана Кракатау в 1883 году метеорологи отслеживали и наносили на карту последствия на небе в течение нескольких лет. Они назвали это явление «экваториальным потоком дыма». [6] [7] В 1920-х годах японский метеоролог Васабуро Оиси обнаружил реактивное течение на участке недалеко от горы Фудзи . [8] [9] Он отслеживал пилотные воздушные шары («пибалы»), используемые для измерения скорости и направления ветра, [10] когда они поднимались в воздух. Работа Оиси во многом осталась незамеченной за пределами Японии, поскольку была опубликована на эсперанто . Американскому пилоту Уайли Посту (1898-1935), первому человеку, совершившему в 1933 году одиночный кругосветный полет, часто приписывают открытие реактивных течений. Пост изобрел герметичный костюм, который позволил ему летать на высоту более 6200 метров (20300 футов). За год до смерти Пост предпринял несколько попыток совершить высотный трансконтинентальный перелет и заметил, что временами его путевая скорость значительно превышала воздушную. [11]
Немецкому метеорологу Генриху Зейлкопфу приписывают введение специального термина Strahlströmung (буквально « реактивное течение») для этого явления в 1939 году. [12] [13] Многие источники приписывают настоящее понимание природы реактивных течений регулярным и повторяющимся полетам. Пути прохождения во время Второй мировой войны . Летчики постоянно замечали западный попутный ветер, скорость которого превышала 160 км/ч (100 миль в час), например, на рейсах из США в Великобританию. [14] Точно так же в 1944 году группа американских метеорологов на Гуаме , в том числе Рид Брайсон , имела достаточно наблюдений, чтобы предсказать очень сильный западный ветер, который замедлит бомбардировщики, совершающие набеги на Японию. [15]
Полярные струйные течения обычно располагаются вблизи уровня давления 250 гПа (около 1/4 атмосферы), или на высоте от семи до двенадцати километров (от 23 000 до 39 000 футов) над уровнем моря , в то время как более слабые субтропические струйные течения намного выше, от 10 до 16 километров. (33 000 и 52 000 футов). Реактивные потоки резко перемещаются вбок и меняются по высоте. Реактивные течения образуются вблизи разрывов тропопаузы, на переходах между полярными ячейками циркуляции Феррела и Хэдли , и чья циркуляция вместе с силой Кориолиса, действующей на эти массы, приводит в движение реактивные течения. Полярные струи, находящиеся на меньшей высоте и часто вторгающиеся в средние широты, сильно влияют на погоду и авиацию. [16] [17] Полярные струйные течения чаще всего встречаются между 30° и 60° широты (ближе к 60°), тогда как субтропические струйные течения расположены вблизи 30° широты. Эти две струи в некоторых местах и в определенное время сливаются, а в других случаях они хорошо разделены. Говорят, что северный полярный реактивный поток «следует за солнцем», медленно мигрируя на север, когда это полушарие нагревается, и снова на юг, когда оно остывает. [18] [19]
Ширина реактивного течения обычно составляет несколько сотен километров или миль, а его вертикальная толщина часто менее пяти километров (16 000 футов). [20]
Струйные течения обычно непрерывны на больших расстояниях, но также распространены разрывы. [21] Траектория струи обычно имеет извилистую форму, и сами эти извилины распространяются на восток с более низкими скоростями, чем скорость фактического ветра внутри потока. Каждый большой меандр или волна внутри струйного течения известна как волна Россби (планетарная волна). Волны Россби вызваны изменениями эффекта Кориолиса с широтой. [22] Коротковолновые впадины представляют собой волны меньшего масштаба, наложенные на волны Россби, с масштабом от 1000 до 4000 километров (600–2500 миль) в длину, [23] которые движутся вдоль структуры потока вокруг крупномасштабных или длинноволновых ". гребни» и «впадины» волн Россби. [24] Реактивные потоки могут разделиться на две части, когда они сталкиваются с минимумом верхнего уровня, который отводит часть реактивного течения под свое основание, в то время как остальная часть струи движется к северу.
Скорость ветра самая большая там, где разница температур между воздушными массами самая большая, и часто превышает 92 км/ч (50 узлов; 57 миль в час). [21] Были измерены скорости 400 км/ч (220 узлов; 250 миль в час). [25]
Реактивный поток движется с запада на восток, вызывая изменения погоды. [26] Метеорологи теперь понимают, что траектория струйных течений влияет на циклонические штормовые системы на нижних уровнях атмосферы, и поэтому знание их направления стало важной частью прогнозирования погоды. Например, в 2007 и 2012 годах Великобритания пережила сильное наводнение в результате того, что полярная струя оставалась на лето на юге. [27] [28] [29]
В целом ветры наиболее сильны непосредственно под тропопаузой (за исключением локальных случаев, во время торнадо , тропических циклонов или других аномальных ситуаций). Если встречаются две воздушные массы с разной температурой или плотностью, результирующая разница давления, вызванная разницей плотности (которая в конечном итоге вызывает ветер), является самой высокой в переходной зоне. Ветер не дует прямо из горячей области в холодную, а отклоняется эффектом Кориолиса и течет вдоль границы двух воздушных масс. [30]
Все эти факты являются следствиями соотношения теплового ветра . Баланс сил, действующих на пакет атмосферного воздуха в вертикальном направлении, заключается в первую очередь между силой гравитации, действующей на массу пакета, и силой плавучести, или разницей давлений между верхней и нижней поверхностями пакета. Любой дисбаланс между этими силами приводит к ускорению посылки в направлении дисбаланса: вверх, если выталкивающая сила превышает вес, и вниз, если вес превышает силу плавучести. Баланс в вертикальном направлении называется гидростатическим . За пределами тропиков доминирующие силы действуют в горизонтальном направлении, и основная борьба идет между силой Кориолиса и силой градиента давления. Баланс между этими двумя силами называется геострофическим . Учитывая как гидростатический, так и геострофический баланс, можно вывести соотношение теплового ветра: вертикальный градиент горизонтального ветра пропорционален горизонтальному градиенту температуры. Если две воздушные массы в северном полушарии, одна холодная и плотная на севере, а другая горячая и менее плотная на юге, разделены вертикальной границей и эту границу следует удалить, разница в плотности приведет к образованию холодного воздуха. масса проскальзывает под более горячую и менее плотную воздушную массу. Тогда эффект Кориолиса приведет к тому, что масса, движущаяся к полюсу, будет отклоняться на восток, а масса, движущаяся к экватору, будет отклоняться на запад. Общая тенденция в атмосфере заключается в понижении температуры в направлении к полюсу. В результате ветер приобретает восточный компонент, который растет с высотой. Таким образом, сильные струйные течения, движущиеся на восток, отчасти являются простым следствием того факта, что на экваторе теплее, чем на северном и южном полюсах. [30]
Связь с тепловым ветром не объясняет, почему ветры организованы в плотные струи, а не распространяются более широко по полушарию. Одним из факторов, способствующих созданию концентрированной полярной струи, является подрезание субтропических воздушных масс более плотными полярными воздушными массами на полярном фронте . Это вызывает резкий градиент давления с севера на юг ( потенциальная завихренность с юга на север ) в горизонтальной плоскости, эффект, который наиболее значим во время обрушения двойной волны Россби . [31] На больших высотах отсутствие трения позволяет воздуху свободно реагировать на крутой градиент давления с низким давлением на большой высоте над полюсом. Это приводит к формированию планетарных ветровых циркуляций, которые испытывают сильное отклонение Кориолиса и поэтому могут считаться «квазигеострофическими». Реактивное течение полярного фронта тесно связано с процессом фронтогенеза в средних широтах, поскольку ускорение/замедление воздушного потока создает области низкого/высокого давления соответственно, что связано с образованием циклонов и антициклонов вдоль полярного фронта в относительно узком пространстве. область, край. [21]
Второй фактор, который способствует образованию концентрированной струи, более применим к субтропической струе, которая формируется на полярной границе тропической ячейки Хэдли , и в первом порядке эта циркуляция симметрична по долготе. Тропический воздух поднимается к тропопаузе и движется к полюсу, прежде чем опуститься; это циркуляция клеток Хэдли. При этом он имеет тенденцию сохранять угловой момент, поскольку трение о землю незначительно. Воздушные массы, которые начинают двигаться к полюсу, отклоняются на восток под действием силы Кориолиса (справедливо для любого полушария), что для воздуха, движущегося к полюсу, означает усиление западной составляющей ветров [32] (обратите внимание, что в южном полушарии отклонение происходит влево).
Атмосфера Юпитера имеет множество струйных течений, вызванных конвекционными ячейками, которые образуют знакомую полосчатую цветовую структуру; на Юпитере эти конвекционные ячейки приводятся в движение за счет внутреннего нагрева. [25] Факторы, которые контролируют количество струйных течений в планетарной атмосфере, являются активной областью исследований в динамической метеорологии. В моделях при увеличении радиуса планеты при фиксированных всех остальных параметрах [ необходимы пояснения ] количество струйных течений уменьшается. [ нужна цитата ]
Субтропическое реактивное течение, огибающее основание срединно-океанической верхней впадины, считается [33] одной из причин, по которой большинство Гавайских островов оказались устойчивыми к длинному списку приближающихся гавайских ураганов. Например, когда ураган Флосси (2007 г.) приблизился и рассеялся незадолго до выхода на берег, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) сослалось на вертикальный сдвиг ветра , о чем свидетельствует фотография. [33]
На Земле северное полярное струйное течение является наиболее важным для авиации и прогнозирования погоды, поскольку оно намного сильнее и находится на гораздо меньшей высоте, чем субтропические струйные течения, а также охватывает многие страны Северного полушария , в то время как южное полярное струйное течение поток в основном огибает Антарктиду , а иногда и южную оконечность Южной Америки . Таким образом, термин « струйное течение» в этих контекстах обычно подразумевает северное полярное реактивное течение.
Расположение реактивной струи чрезвычайно важно для авиации. Коммерческое использование реактивного течения началось 18 ноября 1952 года, когда компания Pan Am перелетела из Токио в Гонолулу на высоте 7600 метров (24900 футов). Это сократило время в пути более чем на треть, с 18 до 11,5 часов. [34] Это не только сокращает время полета, но и обеспечивает экономию топлива для авиационной отрасли. [35] [36] В Северной Америке время, необходимое для полета через континент на восток, может быть уменьшено примерно на 30 минут , если самолет может лететь по реактивному потоку, или увеличено более чем на эту сумму, если ему придется лететь на запад против него. .
С реактивными течениями связано явление, известное как турбулентность при ясном небе (CAT), вызванное вертикальным и горизонтальным сдвигом ветра, вызванным реактивными течениями. [37] CAT наиболее выражен на стороне холодного воздуха струи, [38] рядом с осью струи и непосредственно под ней. [39] Турбулентность в ясном небе может привести к падению самолета и, таким образом, создать угрозу безопасности пассажиров, которая привела к несчастным случаям со смертельным исходом, таким как смерть одного пассажира рейса 826 United Airlines . [40] [41]
Ученые исследуют способы использования энергии ветра в реактивном потоке. Согласно одной из оценок потенциальной энергии ветра в реактивном потоке, для удовлетворения текущих мировых потребностей в энергии потребуется лишь один процент. В конце 2000-х годов было подсчитано, что на разработку необходимой технологии уйдет 10–20 лет. [42] Есть две основные, но разные научные статьи о силе реактивного потока. Арчер и Калдейра [43] утверждают, что реактивные течения Земли могут генерировать общую мощность 1700 тераватт (ТВт), и что климатическое воздействие от использования этого количества будет незначительным. Однако Миллер, Ганс и Клейдон [44] утверждают, что реактивные течения могут генерировать общую мощность всего 7,5 ТВт и что климатическое воздействие будет катастрофическим.
Ближе к концу Второй мировой войны , с конца 1944 по начало 1945 года, японская аэростатная бомба Фу-Го , разновидность огненного шара , была разработана как дешевое оружие, предназначенное для использования реактивной струи над Тихим океаном для достижения цели. западное побережье Канады и США . Относительно неэффективные в качестве оружия, они использовались в одном из немногих нападений на Северную Америку во время Второй мировой войны , в результате чего шесть человек погибли и был нанесен небольшой ущерб. [45] Американские учёные, изучавшие воздушные шары, предположили, что японцы, возможно, готовят биологическую атаку. [46]
Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНСО) влияет на среднее расположение струйных течений на верхних уровнях и приводит к циклическим изменениям количества осадков и температуры по всей Северной Америке, а также влияет на развитие тропических циклонов в восточной части Тихого океана и Атлантическом бассейне. В сочетании с Тихоокеанским десятилетним колебанием ЭНСО также может повлиять на количество осадков в холодное время года в Европе. [47] Изменения ЭНСО также меняют расположение струйного течения над Южной Америкой, что частично влияет на распределение осадков по континенту. [48]
Во время явлений Эль-Ниньо в Калифорнии ожидается увеличение количества осадков из-за более южного, зонального направления штормов. [49] На участке ЭНСО в Ниньо повышенное количество осадков выпадает вдоль побережья Персидского залива и на юго-востоке из-за более сильного, чем обычно, и более южного полярного реактивного течения. [50] Снегопад выше среднего в южных Скалистых горах и горном хребте Сьерра-Невада и значительно ниже нормы в штатах Верхний Средний Запад и Великие озера. [51] На северном ярусе нижних 48 температур осенью и зимой температура выше нормы, а на побережье Мексиканского залива в зимний сезон температура ниже нормы. [52] [53] Субтропический реактивный поток в глубоких тропиках Северного полушария усиливается из-за усиления конвекции в экваториальной части Тихого океана, что снижает тропический циклогенез в атлантических тропиках ниже нормального уровня и увеличивает активность тропических циклонов в восточной части Тихого океана. Тихий океан. [54] В Южном полушарии субтропический реактивный поток смещается к экватору или к северу от своего нормального положения, что отклоняет фронтальные системы и грозовые комплексы от достижения центральных частей континента. [48]
По всей Северной Америке во время Ла-Нинья повышенное количество осадков перенаправляется на северо-запад Тихого океана из-за более северного направления штормов и реактивных течений. [55] Траектория шторма смещается достаточно далеко на север, чтобы принести в штаты Среднего Запада более влажные, чем обычно, условия (в виде увеличения снегопадов), а также жаркое и сухое лето. [56] [57] Снегопад выше нормы на северо-западе Тихого океана и западной части Великих озер. [51] В Северной Атлантике реактивное течение сильнее обычного, что направляет более сильные системы с повышенным количеством осадков в сторону Европы. [58]
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что реактивное течение, по крайней мере частично, было причиной широкомасштабной засухи во время Пыльного котла 1930-х годов на Среднем Западе США. Обычно реактивное течение течет на восток над Мексиканским заливом и поворачивает на север, поднимая влагу и выбрасывая дождь на Великие равнины . Во время Пыльного котла реактивный поток ослабел и изменил курс, двигаясь дальше на юг, чем обычно. Это лишило Великие равнины и другие районы Среднего Запада осадков, что привело к чрезвычайной засухе. [59]
С начала 2000-х годов климатические модели последовательно указывали на то, что глобальное потепление будет постепенно смещать реактивные течения к полюсам. В 2008 году это было подтверждено данными наблюдений, которые доказали, что с 1979 по 2001 год северное реактивное течение двигалось на север со средней скоростью 2,01 километра (1,25 мили) в год, с аналогичной тенденцией в реактивном течении Южного полушария . [60] [61] Ученые-климатологи выдвинули гипотезу, что реактивное течение также будет постепенно ослабевать в результате глобального потепления . Такие тенденции, как сокращение морского льда в Арктике , уменьшение снежного покрова, характер эвапотранспирации и другие погодные аномалии, привели к тому, что Арктика нагревается быстрее, чем в других частях земного шара, что известно как арктическое усиление . В 2021-2022 годах было обнаружено, что с 1979 года потепление за Полярным кругом происходило почти в четыре раза быстрее, чем в среднем по миру, [62] [63] , а некоторые горячие точки в районе Баренцева моря прогревались в семь раз быстрее, чем средний мировой показатель. [64] [65] Хотя Арктика сегодня остается одним из самых холодных мест на Земле, температурный градиент между ней и более теплыми частями земного шара будет продолжать уменьшаться с каждым десятилетием глобального потепления в результате этого усиления. Если этот градиент окажет сильное влияние на реактивное течение, то со временем оно станет более слабым и изменчивым в своем течении, что позволит большему количеству холодного воздуха из полярного вихря просачиваться в средние широты и замедлит развитие волн Россби , что приведет к более стойкая и более экстремальная погода .
Вышеизложенная гипотеза тесно связана с Дженнифер Фрэнсис , которая впервые предложила ее в статье 2012 года, соавтором которой является Стивен Дж. Ваврус. [66] Хотя некоторые реконструкции палеоклимата предполагают, что полярный вихрь становится более изменчивым и вызывает более нестабильную погоду в периоды потепления еще в 1997 году, [67] это противоречит климатическому моделированию: в 2010 году моделирование PMIP2 обнаружило, что арктические колебания гораздо более слабый и более отрицательный во время последнего ледникового максимума , что позволяет предположить, что в более теплые периоды наблюдается более сильная положительная фаза АО и, следовательно, менее частые утечки воздуха из полярного вихря. [68] Однако в обзоре 2012 года, опубликованном в Журнале атмосферных наук, отмечается, что «[произошло] значительное изменение среднего состояния вихря за двадцать первый век, что привело к более слабому и более возмущенному вихрю» . 69] , что противоречило результатам моделирования, но соответствовало гипотезе Фрэнсиса-Ваврюса. Кроме того, исследование 2013 года отметило, что нынешний CMIP5 имел тенденцию сильно недооценивать тенденции зимнего блокирования, [70] и другие исследования 2012 года предположили связь между сокращением морского льда в Арктике и обильными снегопадами во время зим в средних широтах. [71]
В 2013 году дальнейшее исследование Фрэнсиса связало сокращение арктического морского льда с экстремальной летней погодой в северных средних широтах [72] , в то время как другие исследования того же года выявили потенциальную связь между тенденциями арктического морского льда и более экстремальными дождями летом в Европе. . [73] В то время также предполагалось, что эта связь между усилением арктических явлений и характером реактивных течений была вовлечена в формирование урагана «Сэнди» [74] и сыграла роль в холодной волне в Северной Америке в начале 2014 года . [75] [76] В 2015 году следующее исследование Фрэнсиса пришло к выводу, что сильно усиленные модели струйных течений встречаются чаще в последние два десятилетия. Следовательно, продолжающиеся выбросы тепла способствуют усилению формирования экстремальных явлений, вызванных длительными погодными условиями. [77]
Исследования, опубликованные в 2017 и 2018 годах, выявили характер срыва волн Россби в реактивном потоке северного полушария как виновника других почти стационарных экстремальных погодных явлений, таких как европейская волна тепла 2018 года , европейская волна тепла 2003 года , российская волна тепла 2010 года или пакистанская волна 2010 года. наводнения и предположил, что все эти закономерности связаны с усилением арктических явлений. [78] [79] Дальнейшая работа Фрэнсиса и Вавруса в том же году показала, что усиленное арктическое потепление наблюдается сильнее в нижних слоях атмосферы, потому что процесс расширения более теплого воздуха увеличивает уровни давления, что уменьшает геопотенциальные градиенты высоты в направлении к полюсу. Поскольку эти градиенты являются причиной ветров с запада на восток из-за соотношения тепловых ветров, снижение скорости обычно наблюдается к югу от областей с увеличением геопотенциала. [80] В 2017 году Фрэнсис объяснила свои выводы журналу Scientific American : «Гораздо больше водяного пара переносится на север за счет больших колебаний реактивного течения. Это важно, потому что водяной пар является парниковым газом, точно так же, как углекислый газ и метан. удерживает тепло в атмосфере. Этот пар также конденсируется в виде капель, которые мы знаем как облака, которые сами по себе удерживают больше тепла. Пар — важная часть истории усиления — главная причина, по которой Арктика нагревается быстрее, чем где-либо еще». [81]
В исследовании 2017 года, проведенном климатологом доктором Джудой Коэном и несколькими его научными сотрудниками, Коэн написал, что «[сдвиг] состояний полярных вихрей может объяснить большую часть недавних тенденций зимнего похолодания в средних широтах Евразии». [82] В статье Вавруса и других, опубликованной в 2018 году, усиление арктического климата связывается с более устойчивыми жаркими и засушливыми экстремальными явлениями летом в средних широтах, а также с зимним континентальным похолоданием в средних широтах. [83] В другом документе 2017 года подсчитано, что когда в Арктике происходит аномальное потепление, первичное производство в Северной Америке снижается в среднем на 1–4%, при этом некоторые штаты несут потери до 20%. [84] Исследование 2021 года показало, что разрушение стратосферных полярных вихрей связано с чрезвычайно холодной зимней погодой в некоторых частях Азии и Северной Америки, включая холодную волну в Северной Америке в феврале 2021 года . [85] [86] Другое исследование 2021 года выявило связь между исчезновением морского льда в Арктике и увеличением масштабов лесных пожаров на западе США . [87]
Однако, поскольку конкретные наблюдения считаются краткосрочными, в выводах существует значительная неопределенность. Климатологическим наблюдениям требуется несколько десятилетий, чтобы окончательно отличить различные формы естественной изменчивости от климатических тенденций. [88] Этот момент был подчеркнут в обзорах в 2013 году [89] и в 2017 году . [90] Исследование, проведенное в 2014 году, пришло к выводу, что усиление Арктики значительно уменьшило изменчивость температуры в холодное время года в Северном полушарии в последние десятилетия. Холодный арктический воздух сегодня быстрее вторгается в более теплые нижние широты осенью и зимой, и эта тенденция, по прогнозам, сохранится и в будущем, за исключением лета, что ставит под вопрос, принесут ли зимы больше экстремальных холодов. [91] Анализ набора данных, собранных в 2019 году с 35 182 метеостанций по всему миру, включая 9116, чьи записи выходят за рамки 50 лет, выявил резкое уменьшение волн холода в северных средних широтах с 1980-х годов. [92]
Более того, ряд данных долгосрочных наблюдений, собранных в 2010-х годах и опубликованных в 2020-х годах, теперь позволяет предположить, что усиление арктического усиления с начала 2010-х годов не было связано со значительными изменениями в атмосферных условиях средних широт. [93] [94] Современное моделирование в рамках PAMIP (Проект взаимного сравнения моделей полярного усиления) улучшило результаты PMIP2 2010 года: в нем действительно было обнаружено, что сокращение морского льда ослабит реактивные течения и увеличит вероятность атмосферных блокирование, но связь была очень незначительной и обычно незначительной по сравнению с межгодовой изменчивостью. [95] [96] В 2022 году последующее исследование показало, что, хотя среднее значение PAMIP, вероятно, недооценило ослабление, вызванное сокращением морского льда, в 1,2–3 раза, даже скорректированное соединение по-прежнему составляет лишь 10% от реактивного течения. естественная изменчивость. [97]
Кроме того, исследование 2021 года показало, что, хотя струйные течения действительно медленно перемещались к полюсу с 1960 года, как и предсказывали модели, они не ослабли, несмотря на небольшое увеличение волнистости. [98] Повторный анализ данных авиационных наблюдений, собранных в 2002–2020 годах в 2022 году, показал, что реактивное течение в Северной Атлантике фактически усилилось. [99] Наконец, исследование 2021 года позволило реконструировать структуру струйных течений за последние 1250 лет на основе ледяных кернов Гренландии и обнаружило, что все недавно наблюдаемые изменения остаются в пределах естественной изменчивости: самое раннее вероятное время расхождения приходится на 2060 г. в соответствии с « Репрезентативной траекторией концентрации 8.5», которая предполагает постоянное ускорение выбросов парниковых газов. [100]
Реактивные течения полярной ночи образуются в основном в зимние месяцы, когда ночи намного длиннее, а следовательно, и полярные ночи , в соответствующих полушариях на уровне около 60° широты. Полярная ночная струя движется на большей высоте (около 24 000 метров (80 000 футов)), чем летом. [101] В эти темные месяцы воздух высоко над полюсами становится намного холоднее, чем воздух над экватором. Эта разница в температуре приводит к экстремальным перепадам давления воздуха в стратосфере, которые в сочетании с эффектом Кориолиса создают полярные ночные струи, которые мчатся на восток на высоте около 48 километров (30 миль). [102] Полярный вихрь окружен струей полярной ночи. Более теплый воздух может двигаться только по краю полярного вихря, но не проникать в него. Внутри вихря холодный полярный воздух становится все более холодным, и во время полярной ночи не поступает ни более теплый воздух из более низких широт, ни энергия Солнца . [103]
На нижних уровнях атмосферы наблюдаются максимумы ветра, которые также называют струями.
Заградительная струя на нижних уровнях образуется сразу выше горных цепей, причем горы вынуждают струю ориентировать параллельно горам. Горный барьер увеличивает силу ветра на малых высотах на 45 процентов. [104] На Великих равнинах Северной Америки южные струи на малых высотах помогают подпитывать ночную грозовую активность в теплое время года, обычно в виде мезомасштабных конвективных систем , которые формируются в ночные часы. [105] Аналогичное явление развивается по всей Австралии, где влага тянется к полюсу от Кораллового моря к минимумам, которые формируются в основном в юго-западных частях континента . [106]
Прибрежные струи на малых высотах связаны с резким контрастом между высокими температурами над сушей и более низкими температурами над морем и играют важную роль в прибрежной погоде, вызывая сильные параллельные прибрежные ветры. [107] [108] [109] Большинство прибрежных струй связаны с океаническими системами высокого давления и термальными минимумами над сушей. [109] [110] Эти струи в основном расположены вдоль холодных восточных пограничных морских течений, в регионах апвеллинга у берегов Калифорнии, Перу-Чили, Бенгелы, Португалии, Канарских островов и Западной Австралии, а также у берегов Йемена и Омана. [111] [112] [113]
Струя на выходе из долины — это сильный приподнятый поток воздуха, спускающийся вниз по долине, который возникает над пересечением долины и прилегающей к ней равнины. Эти ветры часто достигают скорости до 20 м/с (72 км/ч; 45 миль в час) на высоте 40–200 м (130–660 футов) над землей. Приземные ветры ниже струи обычно значительно слабее, даже если они достаточно сильны, чтобы раскачивать растительность.
Выходные струи из долины, вероятно, можно найти в долинных регионах, где наблюдаются дневные системы горных ветров, например, в засушливых горных хребтах США. Глубокие долины, резко обрывающиеся на равнине, подвергаются большему влиянию этих факторов, чем те, которые постепенно становятся мельче по мере увеличения расстояния вниз по долине. [114]
В Африке есть несколько важных самолетов малой высоты. В Сахаре образуются многочисленные низкоуровневые струи , которые играют важную роль в поднятии пыли с поверхности пустыни. Сюда входит струя на малых высотах в Чаде , ответственная за выбросы пыли из депрессии Боделе , [115] самого важного источника выбросов пыли в мире. Сомалийская струя , образующаяся у восточноафриканского побережья, является важным компонентом глобальной циркуляции Хэдли [116] и поставляет водяной пар азиатскому муссону . [117] Восточные струи низкого уровня, образующиеся в долинах Восточно-Африканской рифтовой системы, помогают объяснить малое количество осадков в Восточной Африке и поддерживают большое количество осадков в тропических лесах бассейна Конго . [118] Формирование термического минимума над северной Африкой приводит к низкоуровневому западному струйному течению с июня по октябрь, которое обеспечивает влажный приток западноафриканского муссона . [119]
Хотя технически это не низкоуровневая струя, африканская восточная струя средней высоты (на высоте 3000–4000 м над поверхностью) также является важной особенностью климата Африки. Это происходит летом в Северном полушарии между 10 и 20 ° северной широты в регионе Сахеля в Западной Африке. [120] Считается, что реактивное течение среднего уровня в восточной Африке играет решающую роль в западноафриканском муссоне , [121] и помогает формировать тропические волны , которые движутся через тропические Атлантические и восточные части Тихого океана в теплое время года. [122]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)