Atmosferos sraujymės

Atmosferos sraujymės – ypatingai greitai judančio oro srautai (vėjas), vad. „oro upės“. Dažnai jos driekiasi kelis šimtus mylių, jų storis – 1 – 2 mylios (1 mylia = 1609,344 metrų). Žemiausias aukštis, kuriame aptinkamos sraujymės, yra apie 4 km, aukščiausiai – 24 km aukštyje. Sraujymės dažniausiai aptinkamos ties tropopauze, bet gali susiformuoti ir stratosferoje. Vėjo greitis turi siekti mažiausiai 56 mylias per valandą, kad būtų įvardijama atmosferos sraujymė. Maksimalus greitis gali siekti ir 400 mylių per valandą (640 km/val.).

200 ir 300 hPa barinės topografijos žemėlapių analizė yra svarbi prognozėms dėl kelių priežasčių, viena iš jų – sraujymių aptikimas. Vėjai aukštesniuose atmosferos sluoksniuose yra vidutinių platumų ciklonų ir audrų „varomasis srautas“, todėl jei aukštesnių sluoksnių vėjai yra silpni, audrų sistemos kryptingai judės lėčiau negu tuomet, kai vėjai yra stipresni. Atmosferos sraujymės ir yra aukštesnių sluoksnių vėjų stiprumo šaltiniai.

Atradimas

Atmosferos sraujymes pirmasis atrado japonų meteorologas Wasaburo Ooishi 1920 metais, kuris panaudojo oro balionus sekti aukštesnių lygių vėjams, paleisdamas juos nuo Fudžijamos kalno. Japono darbas reikšmingai prisidėjo prie vėjų judėjimo supratimo, bet apsiribojo Japonijos, o ne globaliu mastu.

Žinių apie sraujymes padaugėjo, kai amerikiečių pilotas Wiley Post pabandė vienas apskristi aplink pasaulį. Kad įvykdytų savo užsibrėžtą žygdarbį, sukūrė hermetišką kostiumą, kuris turėjo jam padėti labai aukštai skristi. Per bandomąjį skrydį Postas pastebėjo, kad jo vėjo greičio matavimai ant žemės ir ore yra skirtingi ir nurodantys, kad jis skrenda oro sraute.

Nepaisant šių atradimų, terminas „atmosferos sraujymė“ (angl. Jet stream) oficialiai nebuvo įvardintas iki 1939 m., kai jį savo tyrimų pranešime panaudojo vokiečių meteorologas Heinrich Seilkopf. Nuo tada, žinių apie sraujymes dar padaugėjo per Antrą pasaulinį karą, kai pilotai pastebėjo vėjo greičio pasikeitimus skraidydami tarp Europos ir Šiaurės Amerikos.

Formavimasis, veiksniai

Atmosferos sraujymė formuojasi riboje tarp iš pietų nuo ekvatoriaus atkeliaujančio šiltesnio oro ir iš šiaurės atslenkančio šalto oro – susidaro didžiausi tiek temperatūriniai, tiek slėgio skirtumai, kurie ir nulemia didžiulius vėjo greičius.

Sraujymėse vėjai pučia iš vakarų į rytus, bet dažnai visa oro tėkmė krypsta į pietus arba šiaurę. Sraujymė išsidėsto ties šalto ir šilto oro riba, o šios ribos geriausiai išreikštos būna šaltuoju metų periodu, todėl ir sraujymės stipriausios abiejuose pusrutuliuose žiemą. Žemės pasvirimas ir sukimasis aplink savo ašį paaiškina globalią cirkuliaciją, o ši – ir oro judėjimą sraujymėse vakarų – rytų kryptimi. Jei Žemė nesisuktų, saulė labai stipriai įkaitintų ties pusiauju esantį paviršių, o jis – tvyrantį orą virš jo, kuris kiltų į aukštesnius atmosferos sluoksnius ir judėtų link polių. Ties poliais oras stipriai atvėstų, leistųsi žemyn ir vėl judėtų link ekvatorių. Dėl tokio vienodo žemės įšilimo ir vienodos oro cirkuliacijos atmosferoje, susiformuotų dvi aukšto slėgio sritys ties poliais ir plati žemo slėgio sritis ties pusiauju.

Hadlio – Ferelio – Poliarinė atmosferos cirkuliacinės gardelės

Tačiau Žemės sukimasis padalija globalinę cirkuliaciją į tris gardeles – Hadlio, Ferelio ir poliarinę (Polar cell). Tarp šių cirkuliacinių gardelių yra aukšto arba žemo paviršiaus slėgio juostos. Oras nejuda tiesiai į šiaurę ir pietus dėlto, kad oras, pakilęs nuo stipriai įkaitusio ekvatoriaus, turi tam tikrą judesio kiekį. Nuo judesio kiekio bei nuo vietovės, virš kurios yra oras, judėjimo greičio lyginant su Žemės sukimosi greičiu ir priklauso oro judėjimo kryptis.

Oras, keliaudamas aplink Žemę, išlaiko tą patį judesio kiekį, o tai reiškia, kad oras, pakilęs nuo ekvatoriaus ir judantis link vieno iš polių, turi ir išlaiko judėjimą rytų kryptimi kaip konstantą. Žemės paviršius juda lėčiau už virš jo esančią oro masę, kuri keliauja link polių, todėl toldamas nuo ekvatoriaus oras juda rytų kryptimi greičiau ir greičiau.

Dėl jau paminėtų cirkuliacinių atmosferos gardelių regionai ties 30° ir 50° šiaurės/pietų platumomis yra sritys, kur didžiausi temperatūriniai skirtumai. Kuomet tie skirtumai tarp dviejų vietovių didėja, didėja ir vėjo stiprumas. Šiuose jau paminėtuose regionuose aukštesniuose atmosferos sluoksniuose vyrauja ir patys stipriausi vėjai.

Sraujymių branduoliai ir jų įtaka

Sraujymių šerdys (Jet streak) – maksimalių vėjo greičių ruožai. Kai oras patenka į sraujymės šerdį, jo judėjimas tampa žymiai greitesnis. Kai šerdį palieka, sulėtėja. Tokie pagreitėjimai bei sulėtėjimai, kartu su sraujymės srauto užlinkimu ir dideliu vėjo poslinkiu, lemia oro tūrių susikaupimą kai kuriose srityse (konvergencija) ir sklidimą, tolimą vienas nuo kito (divergenciją). Tokios konvergencijos bei divergencijos zonos turi reikšmingą įtaką paviršiaus slėgiui, tuo pačiu ir audrų bei kritulių formavimuisi.

Palankiausios sraujymių sritys audrų ir kritulių formavimuisi yra šerdies priešakyje kairėje (išėjime, angl. exit)ir šerdies gale dešinėje (įėjime, angl. entrance), kur oro srautai diverguoja. Sraujymių šerdžių patekimas į žemesnio slėgio sritį gali lemti slėgio kritimą, ciklono gilinimąsi ir išplitimą. Tai vyksta tuomet, kai aukštesniuose atmosferos lygiuose oro srautai diverguoja stipriau už žemiau esančius konverguojančius srautus, virš žemo slėgio centro didesni oro tūriai yra pakeliami į viršų negu atiteka, taip sukeldami paviršiaus slėgio kritimą ir ciklono gilinimąsi.

Galingoje sraujymės šerdyje vėjo greitis gali siekti 120 mazgų ir daugiau (~ 77 m/s). Šiltuoju metų laiku sraujymės srauto šerdis yra arčiau 200 hPa lygio, o šaltuoju – arčiau 300 hPa. Taip yra todėl, kad atmosferos storis yra didesnis šiltuoju sezonu ir plonesnis šaltuoju.

Sraujymių tipai

Dažniausiai įvardijamos tik poliarinės, subtropinės bei ekvatorinė sraujymės, bet iš viso išskiriama: poliarinės ir subtropinės (po vieną abiejuose pusrutuliuose), ekvatorinė, Afrikos rytinė bei Nakties poliarinė sraujymės.

Poliarinės sraujymės

susiformuoja ties 50° – 60° šiaurės/pietų platuma
apie 35 000 pėdų (10 668 m) aukštyje
skiria labai šaltą poliarinį orą nuo šilto subtropinio oro.
Vėjo greitis sraujymėje kinta priklausomai nuo metų laiko. Kai Šiaurės pusrutulyje žiema, greitis gali siekti daugiau nei 300 mylių per valandą, bet pietvakarių Škotijoje yra užfiksuotas vėjo greitis, siekęs ir 400 mylių per valandą.

Subtropinės sraujymės

Susiformuoja ties 30° šiaurės/pietų platumomis
Apie 41 000 pėdų (12 497 m) aukštyje
Kaip ir poliarinės sraujymės, lemia daugelį orų pokyčių, priklausomai nuo metų laiko.

Ekvatoriaus sraujymė

Formuojasi ties 7° – 10° šiaurės platumomis
Apie 50 000 pėdų (15 240 m) aukštyje
Srautas keliauja tik iš Azijos į Afriką (rytų – vakarų kryptimi), ne aplink visą planetą
Stipriausia vasarą liepos ir rugpjūčio mėnesiais
Susiformuoja, kai susidaro didžiausi temperatūros skirtumai labiausiai prie ekvatoriaus priartėjus vėsiausiam orui.

Afrikos rytinė sraujymė

Susiformuoja apie 12 000 – 15 000 pėdų (3658 – 4572 m) aukštyje
Kartais aptinkama vasarą liepos ir rugpjūčio mėnesiais
Išsidėsto beveik tiksliai po ekvatorine sraujyme.

Nakties poliarinė sraujymė

Susiformuoja tik Šiaurės pusrutulyje ties 60° platuma
Aktyvi tik šaltuoju periodu
Apie 80 000 pėdų (24 384 m) aukštyje.

Sutekėjimo (angl. confluence) teorija

Vienas iš jau daugiau nei pusšimtį metų didelio susidomėjimo bei tyrinėjimų susilaukusių globalios atmosferos cirkuliacijos reiškinių yra ypatingai greitų ir siaurų oro tėkmių, esančių beveik iškart po tropopauze, atradimas. Rosbis (Carl-Gustaf Rossby) ir jo kolegos iš Čikagos universiteto jas pavadino „jet streams“ – atmosferos sraujymėmis. Praktinės sraujymių panaudojimo galimybės buvo išbandytos jau per pirmąjį pasaulinį karą bombarduojant Japoniją (Namias ir kt., 1949). Po to daugybė analizių buvo atlikta tyrinėjant sraujymių formavimąsi, o kiekviena atmosferos sraujymių susiformavimo teorija turėjo paaiškinti šiuos pastebimus ir žinomus su sraujyme susijusius neįprastus reiškinius (Namias ir kt., 1949):

Siauria, apribota ir turinti stiprius vėjo poslinkius iš abiejų sraujymės pusių,
Izotermos sraujymėje labai tankiai suartėja,
Tiesiai virš sraujymės – staigus status tropopauzės polinkis arba trūkis,
Poliarinio fronto buvimas po sraujyme ir nedidelis slinkimas į pietus,
Reikalinga nuolatinė energijos prietaka,
Beveik nuolatinis vertikalios absoliutaus sūkurio komponentės pastovumas į šiaurę,
Geografinių sričių, virš kurių formuojasi sraujymės, pastovumas ir būdingos sezoninės savybės.

JAV orų tarnybos išplėstinių prognozių skyriaus tyrinėjimai (Extended Forecast Section of the U. S. Weather Bureau) atskleidė fizikinį kelių staigių svyravimų zoninėje cirkuliacijoje, dalinai ir staigių padidėjimų, mechanizmą, kuris privedė prie greitų, siaurų tėkmių vidurinėje troposferoje. Mechanizmas aprašė dviejų visiškai skirtingų vidurinės atmosferos oro srautų sutekėjimą – vienas srautas keliavo iš šiltų pietinių platumų, kitas iš šaltesnės šiaurės (Namias ir kt., 1949).

Anot mokslininkų, sutekėjimo sritis koncentruoja didžiausią vakarų vėjų energiją ir suformuoja gana siauras juostas, kuriose vėjo greitis pasiekia maksimalias reikšmes. Sutekėjimo srityje vertikalius bei horizontalius oro judesius jau 1940 metais aprašė Satklifas (R. C. Sutcliffe) ir kai kuriais aspektais susiejo juos su krituliais (Namias ir kt., 1949). Oro judėjimo kryptys yra nulemtos aukšto bei žemo slėgio sričių išsidėstymo – iš pietų šiltas vidurinės troposferos oras juda anticikloniškai paliai šaltą cikloniškai judantį srautą, atkeliaujantį iš šiaurės. Anot Džeremio Namiaso (Jerome Namias), kad ir kokie vidurinėje atmosferoje vykstantys procesai suformuoja oro srautų sutekėjimą, yra aišku, jog egzistuoja ir dar vienas mechanizmas, kuris lemia izotermų koncentraciją į siaurą zoninę juostą. Taip pat, prisideda faktas, kad vėjo pokyčiai su aukščiu yra stipriai susiję su horizontaliu temperatūros gradientu (Namias ir kt., 1949).

Jei oro judesiai yra beveik horizontalūs ir izentropiniai, skersai sutekėjimo ašies terminis gradientas didės artėjant prie poliaus, ir toks gradiento didėjimas egzistuos dideliame troposferos sluoksnyje. Stratosferoje, kur terminis gradientas yra priešingas troposferiniui, izotermos irgi koncentruosis sutekėjimo srityje, bet gradientas didės ekvatoriaus link. Kaip kompensuojamasis veiksnys stratosferai, slėgio skirtumas skersai sutekėjimo ašies keliuose žemesniuose troposferos lygiuose išliks nepasikeitęs. Bet vidurinėje ir aukštesnėje atmosferoje slėgio gradientas staigiai didės, kur šilto ir šalto oro stulpai konverguos link sutekėjimo ašies, o vėjas dėl slėgio gradiento didėjimo bus nuolat išbalansuotas. Kaip rezultatas atsiras srautas skersai izobaroms link žemesnio slėgio, kuris lems oro masės susikaupimą šiaurinėje sutekėjimo ašies dalyje bei trūkumą pietinėje. Žemesniuose lygiuose atsiras kompensuojantysis srautas iš šiaurės į pietus, susiformuos žemyneigiai judesiai šaltoje šiaurinėje dalyje ir aukštyneigiai šiltame pietiniame ore. Tokią cirkuliaciją lemia slėgio gradiento disbalansas ir Koriolio efektas, o slėgio gradiento poveikis yra ir pagrindinis energijos šaltinis dideliems vakarų vėjų greičiams (Namias ir kt., 1949).

Daugelis sinoptinių sraujymių analizių parodė vieną iš neįprastų reiškinių (stratosferoje aukštesnių temperatūrų sritis yra sraujymės šiaurinėje dalyje, žemesnių temperatūrų – pietinėje), kurį galima paaiškinti žemyneigiais oro judesiais šiaurinėje, aukštyneigiais pietinėje sraujymės dalyje apatinėje stratosferoje. Taip pat nustatyta, kad 500 hPa standartiniame izobariniame lygyje frontinis paviršius randasi tiesiai po sraujyme (Namias ir kt., 1949).

Sraujymių svarba

Atmosferos sraujymės labai svarbios oro linijų pramonei. Jų panaudojimas prasidėjo 1952 metais skrydžiu iš Tokijo (Japonija) į Honolulu (Havajai). Skrydis sraujymėje 25 000 pėdų (7 600 m) aukštyje sutrumpėjo nuo 18 val. iki 11,5 valandos, taip pat sumažėjo ir sunaudotų degalų kiekis. Po šio sėkmingo skrydžio oro linijų kompanijos sraujymėmis naudojasi nuolat.

Svarbiausias atmosferos sraujymių indėlis – orų pokyčiuose. Dėl labai greitai judančio oro sraujymės veikia viso pasaulio orus – daugelis iš orų sistemų pastoviai keičia savo padėtį kartu su sraujyme. Sraujymių padėtis atmosferoje ir stiprumas padeda sinoptikams prognozuoti orus.

Įvairūs klimatiniai faktoriai gali sraujymę paveikti taip, kad ji lems ryškius rajono orų pokyčius. Pavyzdžiui, per paskutinį Šiaurės Amerikos apledėjimą poliarinė sraujymė buvo nukrypusi labiau į pietus dėlto, kad Laurentijos ledyno skydas, kurio storis buvo 10 000 pėdų (3 048 m), kūrė savo oro sąlygas ir kreipė jas į pietus. Kaip ledyno poveikio rezultatas buvo tai, kad paprastai sausas Didžiojo JAV Baseino regionas surinko didžiulius kiekius kritulių, iš kurių teritorijoje formavosi milžiniški ežerai.

Šaltiniai

Briney A. The Jet Stream. The Discover and Impact of the Jet Stream. http://geography.about.com/od/climate/a/jetstream.htm Archyvuota kopija 2013-05-15 iš Wayback Machine projekto.
Feierabend K. (2003) The Jet Stream and Weather. http://www.weatheranswer.com/.../Jet^{[neveikianti nuoroda]} _Stream_by_Krista_Feierabend%20.htm
Global Circulations. http://www.srh.noaa.gov/jetstream//global/circ.htm Archyvuota kopija 2013-10-22 iš Wayback Machine projekto.
Haby J. Jet Stream Analysis. http://www.arizonaenergy.org/AirEnergy/JET%20STREAM%20ANALYSIS.htm
Jet Streak. Wind speed maxima within the jet stream. http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/cyc/upa/jetstrk.rxml
Jet Streams Explained. http://www.k3jae.com/wxjetstreams.php Archyvuota kopija 2013-10-20 iš Wayback Machine projekto.
Namias J., Clapp P. F. (1949) Confluence theory of the high tropospheric jet stream. http://www. journals.ametsoc.org/doi/abs/pdf
Palmer Ch. (2001) More about jet streams and jet streaks. http://www.usatoday.com/weather/tg/wjstream/wjstrea1.htm Archyvuota kopija 2011-03-18 iš Wayback Machine projekto.
Reyes J. The Influential Jet Stream. http://www.cubanology.com/Article/Influential_Jet_Stream^{[neveikianti nuoroda]}
The Jet Stream. http://www.srh.noaa.gov/jetstream//global/jet.htm Archyvuota kopija 2013-10-22 iš Wayback Machine projekto.
Whitney L.F., Timchalk A., Gray T. I. (1966) On locating jet streams from Tiros photographs. http://www. docs.lib.noaa.gov/rescue/mwr/094/mwr-094-03-0127.pdf
Williams J. Jet stream roars along high above earth. http://www.usatoday.com/weather/tg/wjstream/wjstream.htm Archyvuota kopija 2012-08-24 iš Wayback Machine projekto.
Woollings T., Hannachi A., Hoskins B. (2009) Variability of the North Atlantic eddy – driven jet stream. DOI: 10.1002/qj.000