Струйные течения — это быстрые, узкие, извилистые воздушные потоки в атмосферах Земли , [1] Венеры, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. [2] На Земле основные струйные течения расположены вблизи высоты тропопаузы и представляют собой западные ветры (текущее с запада на восток). Струйные течения могут начинаться, заканчиваться, разделяться на две или более частей, объединяться в один поток или течь в различных направлениях, в том числе противоположных направлению остальной части струи. [3]
Самые сильные струйные течения — это 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 высокие и несколько более слабые субтропические струи на высоте 10–16 км (6,2–9,9 миль; 33 000–52 000 футов). В Северном и Южном полушарии есть полярная струя и субтропическая струя. Полярная струя северного полушария течет над средними и северными широтами Северной Америки , Европы и Азии и их промежуточными океанами , в то время как полярная струя южного полушария в основном огибает Антарктиду , и то и другое круглый год.
Струйные течения являются продуктом двух факторов: нагрева атмосферы солнечным излучением , которое создает крупномасштабные полярные, Феррелл и Хэдли циркуляционные ячейки, и действия силы Кориолиса, действующей на эти движущиеся массы. Сила Кориолиса вызвана вращением планеты вокруг своей оси. На других планетах внутреннее тепло , а не солнечное нагревание, движет их струйными течениями. Полярное струйное течение формируется вблизи интерфейса полярных и Феррелл циркуляционных ячеек; субтропическое струйное течение формируется вблизи границы Феррелл и Хэдли циркуляционных ячеек. [4]
Существуют также и другие струйные течения. Летом в Северном полушарии восточные струи могут формироваться в тропических регионах, как правило, там, где сухой воздух встречается с более влажным воздухом на больших высотах. Низкоуровневые струи также типичны для различных регионов, таких как центральная часть Соединенных Штатов. В термосфере также есть струйные течения . [5]
Метеорологи используют местоположение некоторых струйных течений в качестве вспомогательного средства для прогнозирования погоды . Основное коммерческое значение струйных течений имеет авиаперевозки, поскольку время полета может существенно зависеть от полета по течению или против него. Часто авиакомпании стараются летать «по» струйному течению, чтобы получить значительную экономию топлива и времени. Динамические североатлантические треки являются одним из примеров того, как авиакомпании и управление воздушным движением работают вместе, чтобы приспособиться к струйному течению и ветрам на высоте, что приводит к максимальной выгоде для авиакомпаний и других пользователей. Турбулентность ясного неба , потенциальная опасность для безопасности пассажиров самолета, часто встречается вблизи струйного течения, но она не создает существенного изменения времени полета.
Первые указания на это явление были получены американским профессором Элиасом Лумисом (1811–1889), когда он предложил гипотезу о мощном воздушном потоке в верхних слоях атмосферы, дующем с запада на восток через Соединенные Штаты, в качестве объяснения поведения крупных штормов. [6] После извержения вулкана Кракатау в 1883 году наблюдатели за погодой отслеживали и картировали эффекты на небе в течение нескольких лет. Они назвали это явление «экваториальным дымовым потоком». [7] [8] В 1920-х годах японский метеоролог Васабуро Оиси обнаружил струйное течение с места около горы Фудзи . [9] [10] Он отслеживал пилотные шары («пибалы»), используемые для измерения скорости и направления ветра, [11] когда они поднимались в воздух. Работа Оиси в значительной степени осталась незамеченной за пределами Японии, поскольку была опубликована на эсперанто , хотя хронологически ему следует приписать научное открытие струйных течений. Американскому летчику Уайли Посту (1898–1935), первому человеку, совершившему одиночный кругосветный полет в 1933 году, часто приписывают заслугу открытия струйных течений. Пост изобрел герметичный костюм, который позволил ему летать на высоте более 6200 метров (20 300 футов). За год до своей смерти Пост предпринял несколько попыток совершить трансконтинентальный перелет на большой высоте и заметил, что временами его скорость на земле значительно превышала скорость воздуха. [12]
Немецкому метеорологу Генриху Зайлькопфу приписывают введение специального термина Strahlströmung (буквально « реактивное течение») для этого явления в 1939 году. [13] [14] Многие источники приписывают реальное понимание природы струйных течений регулярным и повторяющимся пересечениям траектории полета во время Второй мировой войны . Летчики постоянно замечали западные попутные ветры со скоростью более 160 км/ч (100 миль/ч) во время полетов, например, из США в Великобританию. [15] Аналогичным образом в 1944 году группа американских метеорологов на Гуаме , включая Рида Брайсона , имела достаточно наблюдений, чтобы предсказать очень сильные западные ветры, которые замедляли бомбардировщики, совершающие налеты на Японию. [16]
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 находятся намного выше, между 10 и 16 километрами (от 33 000 до 52 000 футов). Струйные течения резко меняют направление в поперечном направлении и высоту. Струйные течения образуются вблизи разрывов тропопаузы, на переходах между полярными ячейками циркуляции Ферреля и Хэдли , и циркуляция которых с силой Кориолиса, действующей на эти массы, приводит в движение струйные течения. Полярные струйные течения, находящиеся на более низкой высоте и часто вторгающиеся в средние широты, сильно влияют на погоду и авиацию. [17] [18] Полярное струйное течение чаще всего встречается между широтами 30° и 60° (ближе к 60°), в то время как субтропические струйные течения расположены близко к широте 30°. Эти два струйных течения сливаются в некоторых местах и в некоторые времена, в то время как в другие времена они хорошо разделены. Говорят, что северное полярное струйное течение «следует за солнцем», поскольку оно медленно мигрирует на север, когда это полушарие нагревается, и снова на юг, когда оно охлаждается. [19] [20]
Ширина струйного течения обычно составляет несколько сотен километров или миль, а его вертикальная толщина часто менее пяти километров (16 000 футов). [21]
Струйные течения обычно непрерывны на больших расстояниях, но разрывы также обычны. [22] Траектория струи обычно имеет извилистую форму, и эти извилины сами распространяются на восток с более низкой скоростью, чем скорость фактического ветра в потоке. Каждый большой извилин или волна в струйном течении известна как волна Россби (планетарная волна). Волны Россби вызваны изменениями эффекта Кориолиса в зависимости от широты. [23] Коротковолновые ложбины — это волны меньшего масштаба, наложенные на волны Россби, с масштабом от 1000 до 4000 километров (600–2500 миль) в длину, [24] которые перемещаются по схеме течения вокруг крупномасштабных или длинноволновых «хребтов» и «ложбин» в волнах Россби. [25] Струйные течения могут разделяться на два, когда они сталкиваются с областью низкого давления на верхнем уровне, которая отклоняет часть струйного течения под свое основание, в то время как остальная часть струйного течения движется к северу.
Скорость ветра максимальна там, где разница температур между воздушными массами самая большая, и часто превышает 92 км/ч (50 узлов; 57 миль/ч). [22] Были измерены скорости в 400 км/ч (220 узлов; 250 миль/ч). [26]
Струйное течение движется с запада на восток, принося изменения погоды. [27] Метеорологи теперь понимают, что путь струйных течений влияет на циклонические штормовые системы на более низких уровнях в атмосфере, и поэтому знание их курса стало важной частью прогнозирования погоды. Например, в 2007 и 2012 годах в Великобритании произошло сильное наводнение в результате того, что полярное струйное течение оставалось на юге летом. [28] [29] [30]
В целом, ветры сильнее всего 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), самая высокая в переходной зоне. Ветер не течет напрямую из горячей области в холодную, а отклоняется эффектом Кориолиса и течет вдоль границы двух воздушных масс. [31]
Все эти факты являются следствиями соотношения термического ветра . Баланс сил, действующих на атмосферный воздушный пакет в вертикальном направлении, в первую очередь заключается между гравитационной силой, действующей на массу пакета, и силой плавучести, или разницей в давлении между верхней и нижней поверхностями пакета. Любой дисбаланс между этими силами приводит к ускорению пакета в направлении дисбаланса: вверх, если сила плавучести 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 происходит между силой Кориолиса и силой градиента давления. Баланс между этими двумя силами называется геострофическим . Учитывая как гидростатический, так и геострофический баланс, можно вывести соотношение термического 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 эта граница должна быть удалена, разница в плотностях приведет к тому, что холодная воздушная масса соскользнет под более горячую и менее плотную воздушную массу. Эффект Кориолиса затем заставит массу, движущуюся к полюсу, отклониться на восток, в то время как масса, движущаяся к экватору, отклонится на запад. Общая тенденция в атмосфере заключается в том, что температуры уменьшаются в направлении полюса. В результате ветры развивают восточную составляющую, и эта составляющая растет с высотой. Таким образом, сильные струйные течения, движущиеся на восток, отчасти являются простым следствием того факта, что экватор теплее, чем северный и южный полюса. [31]
Связь термического ветра не объясняет, почему ветры организованы в плотные струи, а не распределены 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 существенен во время событий двойного обрушения волн Россби . [32] На больших высотах отсутствие трения позволяет воздуху свободно реагировать на крутой градиент давления с низким давлением на большой высоте над полюсом. Это приводит к образованию планетарных циркуляций ветра, которые испытывают сильное отклонение Кориолиса и, таким образом, могут считаться «квазигеострофическими». Струйное течение полярного фронта тесно связано с процессом фронтогенеза в средних широтах, поскольку ускорение/замедление воздушного потока вызывает области низкого/высокого давления соответственно, что связано с образованием циклонов и антициклонов вдоль полярного фронта в относительно узкой области. [22]
Второй фактор, который способствует концентрированной струе, более применим к субтропической струе, которая формируется на полярном пределе тропической ячейки Хэдли , и в первом порядке эта циркуляция симметрична относительно долготы. Тропический воздух поднимается к тропопаузе и движется к полюсу перед тем, как опуститься; это циркуляция ячейки Хэдли. При этом он имеет тенденцию сохранять угловой момент, поскольку трение с землей незначительно. Воздушные массы, которые начинают двигаться к полюсу, отклоняются на восток силой Кориолиса (справедливо для любого полушария), что для воздуха, движущегося к полюсу, подразумевает увеличение западной составляющей ветров [33] (обратите внимание, что отклонение происходит влево в южном полушарии).
Атмосфера Юпитера имеет несколько струйных течений, вызванных конвекционными ячейками, которые формируют знакомую полосчатую цветовую структуру; на Юпитере эти конвекционные ячейки приводятся в действие внутренним нагревом. [26] Факторы, которые контролируют количество струйных течений в планетарной атмосфере, являются активной областью исследований в динамической метеорологии. В моделях, по мере увеличения радиуса планеты, удерживая все остальные параметры фиксированными, [ необходимо уточнение ] количество струйных течений уменьшается. [ необходима цитата ]
Субтропическое струйное течение, огибающее основание срединно-океанического верхнего желоба, считается [34] одной из причин, по которой большинство Гавайских островов оказались устойчивыми к длинному списку приближающихся ураганов на Гавайях. Например, когда ураган Флосси (2007) приблизился и рассеялся прямо перед тем, как достичь суши, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) сослалось на вертикальный сдвиг ветра, как показано на фотографии. [34]
На Земле северное полярное струйное течение является наиболее важным для авиации и прогнозирования погоды, так как оно намного сильнее и находится на гораздо меньшей высоте, чем субтропические струйные течения, а также охватывает многие страны в Северном полушарии , в то время как южное полярное струйное течение в основном огибает Антарктиду и иногда южную оконечность Южной Америки . Таким образом, термин струйное течение в этих контекстах обычно подразумевает северное полярное струйное течение.
Местоположение струйного течения чрезвычайно важно для авиации. Коммерческое использование струйного течения началось 18 ноября 1952 года, когда Pan Am совершила перелет из Токио в Гонолулу на высоте 7600 метров (24 900 футов). Это сократило время поездки более чем на треть, с 18 до 11,5 часов. [35] Это не только сокращает время полета, но и экономит топливо для авиационной отрасли. [36] [37] В пределах Северной Америки время, необходимое для перелета на восток через континент, может быть сокращено примерно на 30 минут , если самолет может лететь по струйному течению, или увеличено более чем на это время, если он должен лететь на запад против него.
С реактивными течениями связано явление, известное как турбулентность ясного неба (CAT), вызванное вертикальным и горизонтальным сдвигом ветра, вызванным реактивными течениями. [38] CAT сильнее всего на стороне холодного воздуха струи, [39] рядом и прямо под осью струи. [40] Турбулентность ясного неба может привести к падению самолета и, таким образом, создать угрозу безопасности пассажиров, что привело к смертельным случаям, таким как смерть одного пассажира рейса 826 авиакомпании United Airlines . [41] [42] Необычная скорость ветра в реактивном течении в конце февраля 2024 года вывела коммерческие самолеты на скорость более 800 миль в час (1300 км/ч; 700 узлов) на траектории полета, что неслыханно для коммерческих авиалайнеров. [43] [44]
Ученые изучают способы использования энергии ветра в струйном течении. Согласно одной из оценок потенциальной энергии ветра в струйном течении, для удовлетворения текущих мировых энергетических потребностей потребуется всего один процент. В конце 2000-х годов предполагалось, что разработка необходимой технологии, как сообщается, займет 10–20 лет. [45] Существует две основные, но расходящиеся научные статьи об энергии струйных течений. Арчер и Калдейра [46] утверждают, что струйные течения Земли могут генерировать общую мощность в 1700 тераватт (ТВт) и что климатическое воздействие использования этого количества будет незначительным. Однако Миллер, Ганс и Клейдон [47] утверждают, что струйные течения могут генерировать общую мощность всего в 7,5 ТВт и что климатическое воздействие будет катастрофическим.
Ближе к концу Второй мировой войны , с конца 1944 по начало 1945 года, японская бомба-баллон Fu-Go , тип огненного баллона , была разработана как дешевое оружие, предназначенное для использования реактивного течения над Тихим океаном , чтобы достичь западного побережья Канады и Соединенных Штатов . Относительно неэффективные как оружие, они были использованы в одной из немногих атак на Северную Америку во время Второй мировой войны , в результате которой погибло шесть человек и был нанесен небольшой ущерб. [48] Американские ученые, изучавшие баллоны, предположили, что японцы, возможно, готовят биологическую атаку. [49]
Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) влияет на среднее расположение струйных течений верхнего уровня и приводит к циклическим изменениям осадков и температуры по всей Северной Америке, а также влияет на развитие тропических циклонов по всей восточной части Тихого океана и Атлантическому бассейну. В сочетании с Тихоокеанским декадным колебанием , ENSO также может влиять на количество осадков в холодное время года в Европе. [50] Изменения в ENSO также изменяют расположение струйного течения над Южной Америкой, что частично влияет на распределение осадков по континенту. [51]
Во время событий Эль-Ниньо ожидается увеличение осадков в Калифорнии из-за более южного, зонального, пути шторма. [52] Во время части Ниньо ЭНЮК, увеличение осадков выпадает вдоль побережья залива и юго-востока из-за более сильного, чем обычно, и более южного, полярного струйного течения. [53] Снегопадов больше, чем в среднем по всей южной части Скалистых гор и горного хребта Сьерра-Невада, и значительно ниже нормы по всей верхней части Среднего Запада и Великих озер. [54] Северный ярус нижних 48 показывает выше нормы температуры осенью и зимой, в то время как побережье залива испытывает ниже нормы температуры в зимний сезон. [55] [56] Субтропическое струйное течение через глубокие тропики Северного полушария усиливается из-за повышенной конвекции в экваториальной части Тихого океана, что снижает тропический циклогенез в атлантических тропиках ниже нормы и увеличивает активность тропических циклонов по всей восточной части Тихого океана. [57] В Южном полушарии субтропическое струйное течение смещено к экватору или к северу от своего обычного положения, что препятствует фронтальным системам и грозовым комплексам достигать центральных частей континента. [51]
По всей Северной Америке во время Ла-Нинья повышенное количество осадков перенаправляется на северо-запад Тихого океана из-за более северного пути шторма и струйного течения. [58] Путь шторма смещается достаточно далеко на север, чтобы принести более влажные, чем обычно, условия (в виде увеличения количества выпавшего снега) в штаты Среднего Запада, а также жаркое и сухое лето. [59] [60] Снегопадов больше нормы на северо-западе Тихого океана и в западной части Великих озер. [54] По всей Северной Атлантике струйное течение сильнее обычного, что направляет более сильные системы с увеличенным количеством осадков в сторону Европы. [61]
Факты свидетельствуют о том, что струйное течение было, по крайней мере, частично ответственно за широко распространенные засушливые условия во время Пыльной бури 1930-х годов на Среднем Западе Соединенных Штатов. Обычно струйное течение течет на восток через Мексиканский залив и поворачивает на север, вытягивая влагу и выливая дождь на Великие равнины . Во время Пыльной бури струйное течение ослабло и изменило курс, продвинувшись дальше на юг, чем обычно. Это лишило Великие равнины и другие районы Среднего Запада осадков, вызвав чрезвычайные засушливые условия. [62]
С начала 2000-х годов климатические модели последовательно определяли, что глобальное потепление будет постепенно подталкивать струйные течения к полюсам. В 2008 году это было подтверждено данными наблюдений, которые доказали, что с 1979 по 2001 год северное струйное течение двигалось на север со средней скоростью 2,01 километра (1,25 мили) в год, с аналогичной тенденцией в струйном течении Южного полушария . [63] [64] Климатологи выдвинули гипотезу, что струйное течение также будет постепенно ослабевать в результате глобального потепления . Такие тенденции, как сокращение площади арктического морского льда , сокращение снежного покрова, закономерности эвапотранспирации и другие погодные аномалии, привели к тому, что Арктика нагревалась быстрее, чем другие части земного шара, в так называемом арктическом усилении . В 2021–2022 годах было обнаружено, что с 1979 года потепление в пределах Полярного круга происходило почти в четыре раза быстрее, чем в среднем по миру, [65] [66], а некоторые горячие точки в районе Баренцева моря нагревались в семь раз быстрее, чем в среднем по миру. [67] [68] Хотя Арктика остается одним из самых холодных мест на Земле сегодня, 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 оказывает сильное влияние на струйное течение, то оно в конечном итоге станет слабее и более изменчивым в своем течении, что позволит большему количеству холодного воздуха из полярного вихря просочиться в средние широты и замедлить прогрессирование волн Россби , что приведет к более устойчивой и более экстремальной погоде .
Гипотеза выше тесно связана с Дженнифер Фрэнсис , которая впервые предложила ее в статье 2012 года, написанной в соавторстве со Стивеном Дж. Ваврусом. [69] Хотя некоторые палеоклиматические реконструкции предполагали, что полярный вихрь становится более изменчивым и вызывает более нестабильную погоду в периоды потепления еще в 1997 году, [70] это противоречило климатическому моделированию, при этом моделирование PMIP2 обнаружило в 2010 году, что арктическое колебание было намного слабее и более отрицательным во время последнего ледникового максимума , и предполагало, что более теплые периоды имеют более сильную положительную фазу AO и, таким образом, менее частые утечки воздуха полярного вихря. [71] Однако в обзоре 2012 года в журнале Journal of the Atmospheric Sciences отмечалось, что «в среднем состоянии вихря за двадцать первый век [произошло] значительное изменение, что привело к более слабому, более возмущенному вихрю» [72] , что противоречило результатам моделирования, но соответствовало гипотезе Фрэнсиса-Вавруса. Кроме того, исследование 2013 года отметило, что действующий на тот момент CMIP5, как правило, сильно недооценивал тенденции зимнего блокирования [73] , а другие исследования 2012 года предположили связь между сокращением площади арктического морского льда и сильными снегопадами во время зим в средних широтах [74] .
В 2013 году дальнейшее исследование Фрэнсиса связало сокращение арктического морского льда с экстремальной летней погодой в северных средних широтах, [75] в то время как другие исследования того года выявили потенциальные связи между тенденциями арктического морского льда и более экстремальными осадками летом в Европе. [76] В то время также предполагалось, что эта связь между усилением в Арктике и моделями струйных течений была связана с образованием урагана Сэнди [77] и сыграла роль в начале 2014 года в североамериканской холодной волне . [78] [79] В 2015 году следующее исследование Фрэнсиса пришло к выводу, что сильно усиленные модели струйных течений происходят чаще в последние два десятилетия. Следовательно, продолжающиеся выбросы, удерживающие тепло, способствуют увеличению образования экстремальных событий, вызванных продолжительными погодными условиями. [80]
Исследования, опубликованные в 2017 и 2018 годах, выявили закономерности срыва волн Россби в струйном течении 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 наводнения в Пакистане 2010 года , и предположили, что все эти закономерности связаны с усилением Арктики. [81] [82] Дальнейшие работы Фрэнсиса и Вавруса в том году предположили, что усиленное потепление в Арктике наблюдается сильнее в нижних слоях атмосферы, поскольку процесс расширения более теплого воздуха увеличивает уровни давления, что снижает градиенты высоты геопотенциала в направлении полюса. Поскольку эти градиенты являются причиной того, что ветры с запада на восток возникают через термическую связь ветра, снижение скорости обычно наблюдается к югу от областей с увеличением геопотенциала. [83] В 2017 году Фрэнсис объяснила свои выводы журналу Scientific American : «Гораздо больше водяного пара переносится на север из-за больших колебаний струйного течения. Это важно, потому что водяной пар является парниковым газом, таким же, как углекислый газ и метан. Он удерживает тепло в атмосфере. Этот пар также конденсируется в виде капель, которые мы знаем как облака, которые сами по себе удерживают больше тепла. Пар играет большую роль в истории усиления — это главная причина, по которой Арктика нагревается быстрее, чем где-либо еще». [84]
В исследовании 2017 года, проведенном климатологом Джудой Коэном и несколькими его научными сотрудниками, Коэн написал, что «[это] изменение в состояниях полярных вихрей может объяснить большинство недавних тенденций зимнего похолодания в средних широтах Евразии». [85] В статье 2018 года Вавруса и других была установлена связь усиления Арктики с более устойчивыми экстремально жаркими и сухими погодными условиями летом в средних широтах, а также с зимним континентальным похолоданием в средних широтах. [86] В другой статье 2017 года подсчитано, что когда в Арктике происходит аномальное потепление, первичная продукция в Северной Америке снижается в среднем на 1–4%, а некоторые штаты несут потери до 20%. [87] Исследование 2021 года показало, что нарушение стратосферного полярного вихря связано с экстремально холодной зимней погодой в некоторых частях Азии и Северной Америки, включая североамериканскую волну холода в феврале 2021 года . [88] [89] Другое исследование 2021 года выявило связь между потерей арктического морского льда и увеличением масштабов лесных пожаров на западе США . [90]
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. [91] Этот момент подчеркивался в обзорах 2013 [92] и 2017 годов . [93] Исследование 2014 года пришло к выводу, что арктическое усиление значительно снизило изменчивость температуры холодного сезона в Северном полушарии за последние десятилетия. Холодный арктический воздух вторгается в более теплые низкие широты сегодня быстрее осенью и зимой, и эта тенденция, как прогнозируется, сохранится в будущем, за исключением лета, что ставит под вопрос, принесут ли зимы больше холодных экстремальных значений. [94] Анализ набора данных, собранных в 2019 году с 35 182 метеостанций по всему миру, включая 9116, записи которых выходят за рамки 50 лет, обнаружил резкое снижение холодных волн в северных средних широтах с 1980-х годов. [95]
Более того, ряд долгосрочных наблюдательных данных, собранных в 2010-х годах и опубликованных в 2020 году, свидетельствует о том, что усиление арктического усиления с начала 2010-х годов не было связано со значительными изменениями в атмосферных моделях средних широт. [96] [97] Современные исследования моделирования PAMIP (Проект сравнения моделей полярного усиления) улучшили результаты PMIP2 2010 года; они обнаружили, что сокращение морского льда ослабит струйное течение и увеличит вероятность блокировки атмосферы, но связь была очень незначительной и, как правило, незначительной по сравнению с межгодовой изменчивостью. [98] [99] В 2022 году последующее исследование показало, что, хотя среднее значение PAMIP, вероятно, недооценило ослабление, вызванное сокращением морского льда, в 1,2–3 раза, даже скорректированная связь по-прежнему составляет всего 10% от естественной изменчивости струйного течения. [100]
Кроме того, исследование 2021 года показало, что, хотя струйные течения действительно медленно двигались к полюсам с 1960 года, как и предсказывалось моделями, они не ослабли, несмотря на небольшое увеличение волнистости. [101] Повторный анализ данных наблюдений с самолетов, собранных в 2002–2020 годах, проведенный в 2022 году, показал, что североатлантическое струйное течение на самом деле усилилось. [102] Наконец, исследование 2021 года смогло реконструировать модели 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 год в соответствии с репрезентативным концентрационным путем 8.5, который подразумевает постоянное ускорение выбросов парниковых газов. [103]
Струйное течение полярной ночи формируется в основном в зимние месяцы, когда ночи намного длиннее — отсюда и название, отсылающее к полярным ночам — в соответствующих полушариях около 60° широты. Струйное течение полярной ночи движется на большей высоте (около 24 000 метров (80 000 футов)), чем летом. [104] 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 струйные течения полярной ночи, которые движутся на восток на высоте около 48 километров (30 миль). [105] Полярный вихрь окружен струей полярной ночи. Более теплый воздух может двигаться только вдоль края полярного вихря, но не входить в него. Внутри вихря холодный полярный воздух становится все более холодным из-за недостатка более теплого воздуха из более низких широт, а также из-за недостатка энергии от Солнца, поступающей во время полярной ночи . [106]
Максимумы ветра наблюдаются в нижних слоях атмосферы, их также называют струйными течениями.
Барьерная струя на низких уровнях формируется прямо над горными цепями, при этом горы заставляют струю быть ориентированной параллельно горам. Горный барьер увеличивает силу ветра на низком уровне на 45 процентов. [107] В североамериканских Великих равнинах южная струя на низком уровне способствует ночной грозовой активности в теплое время года, обычно в форме мезомасштабных конвективных систем , которые формируются в ночные часы. [108] Аналогичное явление развивается по всей Австралии, которая тянет влагу к полюсу от Кораллового моря к отсечённым минимумам, которые формируются в основном в юго-западных частях континента . [ 109]
Прибрежные низкоуровневые струйные течения связаны с резким контрастом между высокими температурами над сушей и более низкими температурами над морем и играют важную роль в прибрежной погоде, вызывая сильные прибрежные параллельные ветры. [110] [111] [112] Большинство прибрежных струйных течений связаны с океаническими системами высокого давления и термическим циклоном над сушей. [112] [113] Эти струйные течения в основном расположены вдоль холодных восточных пограничных морских течений, в районах апвеллинга у берегов Калифорнии, Перу–Чили, Бенгелы, Португалии, Канарских островов и Западной Австралии, а также у берегов Йемена–Омана. [114] [115] [116]
Струя из долины — это сильный, направленный вниз по долине, приподнятый воздушный поток, который возникает над пересечением долины и прилегающей к ней равнины. Эти ветры часто достигают скорости до 20 м/с (72 км/ч; 45 миль/ч) на высоте 40–200 м (130–660 футов) над землей. Поверхностные ветры ниже струи, как правило, значительно слабее, даже когда они достаточно сильны, чтобы покачивать растительность.
Выходные струи долины, вероятно, будут обнаружены в долинах, где наблюдаются дневные горные ветровые системы, такие как сухие горные хребты США. Глубокие долины, которые резко заканчиваются на равнине, больше подвержены влиянию этих факторов, чем те, которые постепенно становятся мельче по мере увеличения расстояния вниз по долине. [117]
В Африке есть несколько важных низкоуровневых струйных течений. Многочисленные низкоуровневые струи формируются в Сахаре и важны для подъема пыли с поверхности пустыни. Сюда входит низкоуровневое струйное течение в Чаде , которое отвечает за выбросы пыли из впадины Боделе , [118] самого важного в мире источника выбросов пыли. Сомалийское струйное течение , которое формируется у побережья Восточной Африки, является важным компонентом глобальной циркуляции Хэдли , [119] и поставляет водяной пар в азиатский муссон . [120] Восточные низкоуровневые струи, формирующиеся в долинах в пределах Восточно-Африканской рифтовой системы, помогают объяснить низкое количество осадков в Восточной Африке и поддерживают высокое количество осадков в тропических лесах бассейна Конго . [121] Формирование термического минимума над северной Африкой приводит к низкоуровневому западному струйному течению с июня по октябрь, которое обеспечивает приток влаги в западно-африканский муссон . [122]
Хотя технически это не низкоуровневая струйная африканская восточная струйная струя (на высоте 3000–4000 м над поверхностью), она также является важной климатической особенностью Африки. Она возникает летом в Северном полушарии между 10° и 20° с. ш. в регионе Сахель в Западной Африке. [123] Считается, что среднеуровневая восточноафриканская струйная струя играет решающую роль в западноафриканском муссоне , [124] и помогает формировать тропические волны , которые перемещаются через тропическую Атлантику и восточную часть Тихого океана в теплое время года. [125]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)