Prąd strumieniowy (jet stream) jest wąskim pasem bardzo silnego wiatru na dużej wysokości (prędkość wiatru jest > 60 kts, czyli 30 m/s). Możemy go sobie wyobrazić jako rurę, która jest spłaszczona w pionie przez którą wieje wiatr z wielką prędkością. Prądy strumieniowe występują głownie w wyższych warstwach troposfery zwykle bezpośrednio pod dolną granica troposfery. Są one strefami gdzie występuje bardzo silny horyzontalny uskok wiatru. Prędkość wiatru w prądach strumieniowych może osiągać prędkość nawet do 250 kts (130 m/s czyli 460 km/godz). Tworzenie się prądów strumieniowych. Prądy strumieniowe powstają wskutek silnego poziomego kontrastu temperatury powietrza. Aby pojawił się tak silny wiatr, to kontrast temperatury i gradient ciśnienia musi być duży. Taka sytuacja najczęściej występuje wzdłuż frontów atmosferycznych. Omówmy związek pomiędzy temperaturą, a ciśnieniem atmosferycznym. Kiedy kolumna powietrza jest cieplejsza od swojego otoczenia to rozszerza się w górę ponieważ nie może tego zrobić w dół, poniżej powierzchni gruntu. Kiedy zachodzi ten proces, to gęstość powietrza maleje --» odległości pomiędzy powierzchniami izobarycznymi (czyli o równym ciśnieniu) wzrastają. Jeżeli kolumna powietrza jest chłodniejsza od swojego otoczenia, to powietrze kurczy swoją rozpiętość pionową --» gęstość powietrza wzrasta, a odległość pomiędzy powierzchniami izobarycznymi maleje. Kiedy spojrzymy na przykład Frontu Polarnego (patrz powyższy rysunek), to po 1
południowej jego stronie mamy ciepła masę powietrza --» większe odległości pomiędzy powierzchniami izobarycznymi. Po północnej stronie frontu mamy zimne powietrze --» czyli mniejsze odległości pomiędzy powierzchniami izobarycznymi. W strefie Frontu Polarnego gradient ciśnienia jest bardzo silny = szybka zmiana ciśnienia na krótkim dystansie. Na powyższym rysunku ciśnienie w pkt. A wynosi 450 hpa, podczas gdy w pkt. B jest równe 250 hpa. Oznacza to bardzo mocno nachyloną powierzchnię izobaryczną, czyli silny gradient ciśnienia --» silny wiatr wiejący z południa na północ (od A do B, czyli od wysokiego do niskiego ciśnienia). Wiatr ten odchylany jest przez siłę Coriolisa, co skutkuje zachodnim kierunkiem wiatru. Gradient ciśnienia jest największy na dużych wysokościach, co powoduje tworzenie się prądu strumieniowego. Należy pamiętać, że temperatura powyżej dolnej granicy tropopauzy pozostaje stała (lub lekko wzrasta). W obszarach tropikalnych (międzyzwrotnikowych) tropopauza będzie położona na wyższych wysokościach, ale temperatura w niej będzie stosunkowo niska. W obszarach polarnych wysokość tropopauzy będzie niższa, a temperatury w niej stosunkowo wyższe. Dla przykładu : tropopauza polarna może być położona na wysokości 20.000 ft kiedy temperatura przyziemna wynosi -10 C i wtedy temperatura w tropopauzie wynosi -50 C podczas, gdy wysokość tropopauzy w średnich szerokościach geograficznych będzie miała 30.000 ft przy przyziemnej temperaturze +5 C i temperaturze -55 C w jej wnętrzu. Wiatr przyśpiesza wraz ze wzrostem wysokości, aż do poziomu gdzie następuje wyrównanie różnicy temperatur pomiędzy masami powietrza. Powyżej tego poziomu prędkość wiatru maleje. Dzieje się tak dlatego, że nachylenie powierzchni barycznych zwiększa się tak długo jak najcieplejsze powietrze (na półkuli Północnej) jest po prawej stronie. Największe nachylenie będzie na poziomie gdzie temperatura jest taka sama po obu stronach powierzchni frontowej. Powyżej tego poziomu, odległość pomiędzy powierzchniami barycznymi będzie się zmniejszać po ciepłej stronie podczas gdy po chłodnej stronie po zostanie bez zmian lub się zwiększy i powierzchnie baryczne powoli powracają do płaszczyzny poziomej ( wiatr słabnie). Największa prędkość wiatru występuje po ciepłej stronie powierzchni frontowej, na wysokościach bezpośrednio powyżej tropopauzy w chłodnym powietrzu (około 1000 5000 ft poniżej ciepłej tropopauzy. W większości przypadków kierunek prądu strumieniowego jest równoległy do linii przyziemnej frontu atmosferycznego (równoległy do izoterm, czyli linii o równej temperaturze). Poniższy rysunek pokazuje pionowy przekrój polarnego prądu strumieniowego. Przerywane linie są izotermami, a linie ciągłe izotachami (linie równej prędkości wiatru). Prąd strumieniowy jest skierowany w stronę patrzącego na rysunek, dlatego obszar powietrza chłodnego (w tym przypadku polarnego) jest zawsze po lewej stronie prądu strumieniowego. Kiedy strumień powietrza jest prostoliniowy, to prąd strumieniowy pozostaje na tej samej wysokości. Jednakże, kiedy strumień powietrza przechodzi przez zatoki niżowe i kliny wyżowe, to poziom prądu strumieniowego może zmieniać się w granicach 3000 4000 ft. 2
3
Na rysunku po lewej, w jego górnej części przedstawiony jest pionowy przekrój frontu polarnego. Proszę zauważyć, że rdzenie prądu strumieniowego leżą w obszarze ciepłego powietrza. Kiedy porównamy położenie prądu strumieniowego w stosunku do położenia frontów przyziemnych to typowe średnie odległości są: 90 370 km za frontem chłodnym 550 900 km przed frontem ciepłym. Położenie prądów strumieniowych: Występują dwa rodzaje prądów strumieniowych, które istnieją przez cały rok chociaż poziom ich występowania zmienia się w zależności od pory roku. Są to Polarny Prąd Strumieniowy i Podzwrotnikowy Prąd Strumieniowy. Towarzyszą im często inne prądy, które związane są ściśle z porami roku. Ogólnie rzecz biorąc, wysokość rdzenia prądu strumieniowego zmienia się w zależności od pory roku i jest niższa zimą niż latem. Arktyczny prąd strumieniowy: zachodni jet-stream, który występuje zimą na granicy mas powietrza arktycznego i polarnego. Jego lokalizacja jest zazwyczaj na szer. geogr. około 60 N, ale może także występować na szerokościach od 45 N - 50 N. Jego prędkość może dochodzić do 200 kts (370 km/h), a jego rdzeń zwykle leży pomiędzy FL200 i FL250. Szerokość rdzenia tego prądu strumieniowego wynosi zwykle od 180 km do 540 km. Arktyczny prąd strumieniowy jest tym silniejszy im istnieje większy kontrast temperatur pomiędzy powietrzem arktycznym i polarnym. 4
Polarny prąd strumieniowy: jest to wiejący z zachodu jet-stream, który występuje nieprzerwanie wzdłuż frontu polarnego na skutek występowania poziomego gradientu temperatury pomiędzy chłodnym morskim powietrzem polarnym i ciepłym morskim powietrzem zwrotnikowym. Jego trasa układa się wzdłuż frontu polarnego, co oznacza na południe zimą i na północ latem. Średnie położenie polarnego prądu strumieniowego jest pomiędzy 50 N, a 60 N szerokości geograficznej. Średnia prędkość wiatru to około 125-140 kts (230 260 km/h), ale może też on osiągać prędkość 220 240 kts (400-450 km/h). Rdzeń prądu strumieniowego znajduje się zwykle pomiędzy FL300 FL350 i jego szerokość wynosi od 180 do 550 km. Na półkuli Południowej jego położenie jest bardziej stabilne około 50 S szer. geogr., a prędkość wiatr jest niższa i średnio wynosi od 60 do 90 kts (110 170 km/h). Prąd strumieniowy nocy polarnej: występuje w sezonie zimowym w stratosferze powyżej FL500. Jest to wiatr zachodni o średniej prędkości około 150 kts (około 280 km/h), ale czasami jego prędkość może dochodzić nawet do 350 kts (650 km/h). Podzwrotnikowy jet-stream: jest to prąd strumieniowy, który występuje nieprzerwanie w strefie antycyklonów podzwrotnikowych. Jego położenie zmienia w zależności od pory roku, ale zwykle ten prąd zimą występuje pomiędzy 25 N i 40 N szer. geogr. Północnej, a latem dalej na północ pomiędzy szerokością geogr. 40 N i 45 N. Jego rdzeń zwykle występuje na poziomie w pobliżu FL400, a osiągana średnia prędkość to około 70-200 kts (130-270 km/h) ale w skrajnych przypadkach (podczas zimy) prędkość wiatru nad płd-wsch Azją może osiągać nawet 300 kts (560 km/h). Równikowy jet-stream: jest to sezonowy wiejący ze wschodu prąd strumieniowy i występuje latem pomiędzy czerwcem i sierpniem. Powstaje wskutek klimatu monsunowego (letni monsun wieje na małych wysokościach z południowego zachodu [SW] w kierunku Azji i zawraca na dużych wysokościach w kierunku południowym[s]i na skutek odchylania wiatru przez siłę Coriolisa tworzy się wschodni jet-stream). Proszę zauważyć, że jest on jedynym wschodnim prądem strumieniowym. Występuje pomiędzy płd-wsch Azją, przechodzi przez południowe Indie w kierunku Afryki centralnej. Jego typowe położenie to około 15 N szer. geogr., a jego rdzeń leży na dużych wysokościach zwykle pomiędzy FL450 i FL500. Prędkość wiatru to średnio 60 kts, czasami nieco silniejszy i bardzo rzadko przekracza 100 kts. Na małych wysokościach wiatr jest często zachodni i słaby, co oznacza, że równikowego prądu strumieniowego nie można znaleźć na mapach 5
FL300. 6