Jet stream

Banda do Jet Stream (representação simplificada)

Jetstream (do inglês jet stream , uma tradução da palavra alemã jet stream ) é chamada de faixa dinâmica de ventos fortes em meteorologia , que ocorre principalmente na área da alta troposfera até a tropopausa .

Os fluxos de jato são formados como resultado de movimentos de equilíbrio global entre diferentes regiões de temperatura e entre áreas de alta e baixa pressão . As correntes de jato são os ventos mais fortes que ocorrem naturalmente e, em comparação com outros fenômenos climáticos, são muito confiáveis ​​e estáveis ​​ao longo de vários dias. No curto prazo, eles separam as massas de ar quente das massas de ar frio, mas no final das contas eles as rodam por meio de movimentos verticais em certas áreas. As massas de ar quente são desviadas pela rotação da Terra em seu caminho para o Pólo Norte , enquanto mantêm sua alta velocidade orbital.

Definido de forma mais geral, os fluxos de jato são faixas de vento atmosférico com um eixo de fluxo quase horizontal (“eixo do jato”) e velocidades de vento de até 150 m / s (540 km / h). A velocidade do vento cai rapidamente, tanto vertical quanto horizontalmente, com o aumento da distância do centro do fluxo. As correntes de jato pertencem aproximadamente ao grupo dos ventos geostróficos , nos quais há um equilíbrio entre o gradiente de pressão e a força de Coriolis .

Ocorrência e tipos

Curso de um jato

Existem quatro correntes de jato principais, em que uma distinção deve ser feita entre dois tipos diferentes e seus respectivos hemisférios . Uma vez que ocorrem em grandes altitudes, eles são exibidos ou avaliados em mapas meteorológicos de altitude isobáricos (principalmente em relação à área de pressão de 200 hPa ).

  • O jato polar (PFJ - Polarfrontjetstream ) se estende dependendo da situação do tempo entre 40 ° e 60 ° de latitude na faixa de 249 a 300 hPa - isobar em combinação com a frente polar frequentemente até o chão . No fluxo do núcleo, ou seja, seu centro, atinge velocidades de 200 a 500 km / h (máximo conhecido ~ 1970 no Japão 650 km / h) e representa o fluxo de jato mais importante, pelo que também é de importância decisiva para o clima europeu. Uma vez que um gradiente de temperatura horizontal comparativamente forte se desenvolve nas latitudes médias devido ao encontro de ar polar frio e massas de ar moderadamente mais quentes , o PFJ ocorre durante todo o ano. Porém, sua velocidade máxima e as altitudes mais baixas são atingidas no inverno, porque então as diferenças de temperatura entre o pólo e o equador costumam ser maiores que no verão e a tropopausa costuma ser bem menor. Devido aos efeitos dinâmicos na atmosfera terrestre , a corrente de jato da frente polar ocorre apenas em bandas relativamente curtas de alguns milhares de quilômetros de comprimento.
  • A corrente de jato subtropical (STJ - Subtropenjetstream ) é também uma corrente de jato West Wind nas proximidades dos trópicos ou subtrópicos , que está na faixa de 20 ° a 30 ° de latitude geográfica e na faixa de 150 a Isóbaros de 200 hPa. Ocorre no limite superior do ramo inclinado da célula Hadley , ou seja, acima do cinturão subtropical de alta pressão , e se desenvolve a partir do Antipassat . O STJ é mais fraco que o PFJ e muitas vezes só vem treinar nos respectivos meses de inverno (dos hemisférios). Como o PFJ, está intimamente ligado a um grande gradiente de temperatura horizontal, a chamada frente subtropical , que, ao contrário da frente polar, geralmente não se estende até o solo. Embora seja mais fraco do que o jato da frente polar, ele mostra uma consistência muito maior em posição e intensidade e também se estende ao redor de todo o globo.

Além dos conhecidos grandes jatos, também existem

  • o Tropical Easterly Jet (TEJ): estende-se do planalto tibetano até a zona de convergência intertropical (ITC) e é particularmente eficaz aqui como vento de alta leste até o norte da África . Em particular, não é um vento de oeste como na PFJ ou STJ, mas sim de leste. Ele experimenta sua expressão mais forte no verão do norte , ou seja , durante as monções do verão indiano .
  • Os Jatos de Baixa Altitude: Ocorrem nas proximidades de ciclones (baixa altitude).
  • the Nocturnal Jet: Um jato de baixa altitude à noite .
  • fluxos de jato estratosféricos ou mesosféricos .
  • Uma supertempestade é um jato de turbulência que consiste em um jato polar (PFJ - polar front jet stream) e um jato subtropical (STJ - subtropical jet stream).

Causas de emergência

A radiação solar comparativamente forte no equador aquece as massas de ar próximas ao solo e cria um balanço energético positivo , enquanto este é negativo nos pólos devido à dependência da latitude da energia da radiação causada pelo sol . Conseqüentemente, na área do equador próxima ao solo, trata-se de massas de ar relativamente quentes, que possuem uma densidade menor em comparação com as massas de ar mais frias dos pólos . O ar na troposfera é, portanto, mais ligeiramente comprimido ao longo de todo o globo que atravessa a zona Inertropical convergência (ITC) do que nos pólos, o que significa que a vertical gradiente de pressão é significativamente menor do que a baixas temperaturas e a pressão de ar , por conseguinte, cai mais lentamente com altitude do que ao sul ou ao norte do ITC. Por isso, entre outras coisas, a troposfera pode atingir uma altura de cerca de 18 km ao longo do equador e nas latitudes temperadas até uma altura de cerca de 12 km, enquanto nos pólos atinge apenas uma espessura média de 8 km. Esta redução da densidade do ar no equador está associada a uma diminuição relativa da pressão e, portanto, a um cinturão de baixa pressão estável , justamente a já mencionada zona de convergência intra-tropical, pelo que uma distinção entre ITC e equador é necessária. Por outro lado, devido ao baixo gradiente de pressão, existe uma área de alta pressão em grandes altitudes , razão pela qual é feita uma distinção entre baixo- solo e alta altitude no equador .

Nos pólos, entretanto, as massas de ar são muito mais densamente compactadas. Devido ao baixo nível de radiação solar, o ar é frio aqui e, devido à maior densidade, é mais difícil de armazenar na superfície terrestre. O gradiente de pressão é, portanto, muito mais pronunciado aqui e há áreas estáveis ​​de alta pressão no solo. Fala-se, portanto, de uma altura do chão e, consequentemente, também de uma altura baixa .

A pressão do ar e as diferenças de temperatura entre o equador e os pólos são, portanto, termicamente condicionadas. Eles resultam da dependência da latitude da radiação solar , que resulta puramente geometricamente dos diferentes grandes ângulos de incidência da radiação solar . O motor de acionamento do sistema dinâmico de clima e vento emergente e, portanto, também a corrente de jato podem ser encontrados no sol , apesar de todos os outros fatores de influência .

Força do gradiente de pressão

1. O ar da montanha se move, seguindo a força do gradiente , do equador ao pólo

Entre as áreas de alta e baixa pressão, existe uma força compensatória, que é conhecida como força de gradiente ou força de gradiente de pressão. Em um esforço para equalizar as diferenças de pressão ou temperatura, o ar de altitude se move, seguindo a força do gradiente, através das latitudes da alta altitude do equador na direção da baixa altitude dos pólos, ou seja, da localização do mais alto para a localização da pressão inferior. Quanto mais fortes forem essas diferenças de pressão e temperatura, mais forte será a força do gradiente e o vento resultante dela . Essas diferenças raramente são, por exemplo em ciclones tropicais , grandes o suficiente para acelerar o ar próximo ao solo o suficiente, e geralmente levam apenas a movimentos rotacionais, que são muito instáveis ​​e devido à falta de um eixo de fluxo horizontal, apesar de às vezes alta rotação velocidades, não representam fluxos de jato. Eles próprios só podem se formar com as diferenças de pressão aumentando com a altitude e sem quaisquer influências de atrito ( atmosfera livre ). No entanto, as diferenças de pressão também diminuem acentuadamente perto da tropopausa ou na estratosfera. Isso explica por que as correntes de jato muito fortes se desenvolvem principalmente em limites nítidos de massa de ar e também são limitadas verticalmente a uma certa altura, ou seja, em última análise, têm a aparência de um tubo de vento. No entanto, essa representação idealizada deve ser expandida para incluir o chamado efeito Coriolis .

Efeito Coriolis

2. A força horizontal de Coriolis desvia as massas de ar

Devido à rotação da Terra, a força de Coriolis atua no ar que flui em direção ao pólo . Essa força aparente tem o efeito de que as massas de ar em movimento são sempre desviadas para a direita no hemisfério norte e sempre para a esquerda no hemisfério sul . Para as massas de ar fluindo em direção aos pólos, isso significa uma deflexão para o leste em ambos os hemisférios. Como resultado, os ventos gradientes fluindo em direção aos pólos tornam-se correntes de jato fluindo para o leste.

A força de Coriolis (horizontal) descrita acima aumenta do equador aos pólos. Ele desaparece no equador. O diagrama adjacente ilustra a deflexão para o leste dos ventos de alta altitude fluindo em direção ao pólo.

A propósito, a força de Coriolis também tem um componente vertical que influencia as massas de ar ascendentes ou descendentes. Eles desviam as massas de ar ascendentes para o oeste e as massas de ar descendentes para o leste. O componente vertical diminui do equador em direção aos pólos. É zero nos pólos.

História de descoberta

Fluxo de jato visível sobre o Canadá devido ao efeito de condensação (foto NASA)

No final do século 19 , observando formações de nuvens de grande altitude, concluiu-se que deve haver fortes ventos de alta altitude em suas proximidades . No entanto, eles só podiam ser observados em intervalos muito irregulares, de modo que sua regularidade e força comparativamente constante ainda não eram reconhecidas. Em 1924, o meteorologista japonês Oishi Wasaburo pesquisou esse vento forte com muito cuidado. Independentemente de Oishi, Johannes Georgi descobriu fortes ventos de alta altitude a uma altura de 10 a 15 km, que não podiam ser explicados diretamente pelo campo de pressão sobre o solo, quando realizou sondagens de balão no extremo norte da Islândia em 1926 e 1927.

Na década de 1930, foram realizadas pela primeira vez sondagens verticais coordenadas internacionalmente. Isso levou Richard Scherhag a criar regularmente mapas meteorológicos de altitude de 1935 em diante. Em 1937, Scherhag investigou uma depressão de tempestade na Península de Labrador . Ele calculou um gradiente de vento de 275 km / h para uma altitude de 5000 me concluiu que velocidades de vento superiores a 300 km / h devem ser esperadas na área de origem dos ciclones da tempestade atlântica no auge do tropopausa. Aviões meteorológicos alemães voaram de Frankfurt / M em 20 de fevereiro de 1937. na corrente de jato e seu Heinkel He 46 voou para trás acima de 5500 m de Mainz a Frankfurt, com uma velocidade média de fluxo de 280 km / h sendo medida. Em 1939, Heinrich Seilkopf usou o termo “fluxo de jato” para uma camada de velocidade máxima do vento perto da tropopausa na área de transição entre alta e baixa altitude. Hermann Flohn menciona em suas memórias que o meteorologista bielorrusso Mironovitch também publicou um artigo sobre as fortes velocidades dos ventos na alta troposfera no jornal francês La Météorologie antes de 1939 .

No entanto, essas publicações foram apenas em alemão e francês, o que restringiu severamente a troca de conhecimento com meteorologistas britânicos e americanos. A tradução da publicação de Seilkopf em outras línguas foi até mesmo explicitamente proibida. Com a eclosão da Segunda Guerra Mundial , a troca de experiências entre a Alemanha e as outras nações foi então completamente cortada. A história posterior de descoberta é, portanto, muito heterogênea e fortemente moldada pelas experiências e condições nos respectivos países.

Outra razão para a descoberta posterior nos EUA , de acordo com Hermann Flohn , é que a pesquisa lá inicialmente se concentrou em outros métodos de análise com os quais os ventos de alta altitude que são importantes para a aviação não puderam ser derivados diretamente. Portanto, quando a Segunda Guerra Mundial entrou nos EUA, os procedimentos para a criação de mapas meteorológicos de altitude e o treinamento de assessores meteorológicos tiveram que ser alterados. Aqui, Carl-Gustaf Rossby fez um trabalho pioneiro ao iniciar um grande programa de treinamento para consultores meteorológicos, no qual cerca de 8.000 oficiais meteorológicos foram treinados, que também trabalharam em estreita colaboração com os britânicos.

Em 1942, o meteorologista norueguês Sverre Petterssen também demonstrou a existência da corrente de jato e examinou os mecanismos por trás de sua formação. O meteorologista norueguês Jacob Bjerknes mencionou o termo jetstream em 1943 durante uma palestra na Inglaterra. Embora já tenha havido relatos de problemas das tripulações de vôo com ventos de alta velocidade na alta troposfera, esta questão não foi inicialmente investigada de forma sistemática. Em 1944, com o B-29 , foi concluído pela primeira vez um bombardeiro, projetado para transportar uma grande carga de bombas em grandes alturas. Em preparação para os ataques aéreos contra o Japão, os meteorologistas da Força Aérea dos Estados Unidos agora encontravam regularmente campos de vento fortes em grandes altitudes. Alguns inicialmente tiveram problemas para deixar isso claro para seus superiores. Como resultado dessa experiência, Rossby passou a trabalhar intensamente na pesquisa da corrente de jato e na previsão de seu deslocamento, e o termo começou a se estabelecer no mundo de língua inglesa.

significado

Tempo e clima

3. Ondas de Rossby na corrente de jato:
a, b: Início da formação de onda
c: Início da separação de uma gota de ar frio
azul / laranja: massas de ar frio / quente
Áreas de pressão divergente (Jetstream: linha azul)

Os jatos são decisivos para a distribuição da pressão do ar e, portanto, para a formação dos cinturões de vento e de pressão do ar na terra. Eles representam uma causa essencial para o desenvolvimento do clima e um elemento importante para a transferência global de calor entre os trópicos e a Polônia:

Se as diferenças de temperatura entre as massas de ar dos subtropicais (por exemplo, desertos ) e os pólos forem suficientemente grandes , a corrente de vento na frente polar é fortemente defletida devido à maior dinâmica da frente polar. Obstáculos como as altas montanhas do Himalaia e as Montanhas Rochosas reforçam isso. Como resultado, as ondas de Rossby, mostradas em azul na figura acima, são formadas . A representação é idealizada porque o dobramento da corrente de jato é inconsistente e a corrente de jato da frente polar não se enrola em torno de toda a Terra. A corrente de jato está localizada entre o ar quente nas latitudes médias e o ar frio nas latitudes mais altas. Uma imagem mais realista das fitas sinuosas do PFJ pode ser vista nos links da web .

A corrente de jato puxa camadas de ar abaixo dela com ela, com áreas dinâmicas de baixa pressão ( ciclones ) na direção do pólo (torcido no sentido anti-horário sobre os 'vales das ondas', os chamados vales ) e na direção do equador de alta pressão áreas (torcidas no sentido horário sob as 'cristas das ondas'). as chamadas costas ). As ondas de Rossby são muito mais pronunciadas no hemisfério norte do que no hemisfério sul por causa de algumas montanhas muito grandes que atuam como barreiras .

Uma característica típica da corrente de jato polar é a estabilização de suas ondas de Rossby no verão: quão longe ao sul elas penetram e em que número e forma se manifestam, isso determina em grande parte a situação do tempo na Europa Central . Essa experiência também se reflete na regra do fazendeiro sobre o dia dos arganazes .

Um "mecanismo de ressonância que retém ondas nas latitudes médias e as amplifica significativamente" foi relacionado em 2014 como uma causa, entre outras coisas, para o aumento do número de eventos climáticos extremos no verão de 2003 em diante . Isso inclui a onda de calor recorde na Europa Oriental em 2010 , que resultou em perdas de safra e incêndios florestais devastadores, entre outras coisas. deu a volta em Moscou .

Os modelos climáticos estabelecem uma conexão entre as ondas de frio nos EUA, entre outras coisas, no início de 2019 e longos períodos de calor na Europa em 2003 , 2006 , 2015 , 2018 e 2019 devido ao enfraquecimento da corrente de jato e turbulência causada pelo clima antrópico mudar . Esta é uma das consequências do aquecimento global no Ártico - “como uma espécie de reforço de ressonância”.

Uma conexão ( causalidade ou correlação ) entre a corrente de jato enfraquecida ou instável e as áreas estacionárias de alta e baixa pressão de longo prazo, que z. B. no verão de 2021, a onda de calor na América do Norte e a precipitação extrema causada pelas inundações na Europa Ocidental e Central são discutidas.

Além disso, há influência do homem na camada de ozônio (→ buraco de ozônio ).

aviação

O efeito da corrente de jato é particularmente perceptível em voos regulares para distâncias mais longas, por exemplo, entre a América do Norte e a Europa . Por ser um vento forte e bastante confiável de alta altitude, as aeronaves podem usá-lo para atingir velocidades mais altas e também reduzir o consumo de combustível. Ambas as altitudes de voo e rotas de viagem são, portanto, adaptadas ao curso do jato de forma que ele possa ser usado como vento de cauda ou evitado como vento contrário. Entre outras coisas, ele é responsável por garantir que altitudes de dez a doze quilômetros, dependendo da altura da corrente de jato e da rota de viagem, sejam favorecidas longe de uma linha direta. Em um vôo sobre o Atlântico até a Europa, por exemplo, a rota foge dos ortódromos (grandes círculos), o que pode economizar várias horas de tempo. No entanto, isso também tem efeitos negativos sobre a navegação e o controle do tráfego aéreo .

Pelo menos um acidente de avião, nomeadamente o do Star Dust 1947 nos Andes , foi causado por não se levar em consideração uma corrente de jato na direção oposta do vôo durante um vôo sob cálculo morto .

Outra aplicação interessante de jet streams é para voos de balão. No final da Segunda Guerra Mundial, o Japão foi capaz de atacar o continente americano com balões contendo explosivos puramente explorando esses fluxos (mas sem nenhum grande sucesso). A primeira circunavegação em balão do mundo por Bertrand Piccard com o co-piloto Brian Jones só foi possível usando a velocidade do jato. Aconteceu um pouco longe do equador e com suporte de navegação de estações terrestres baseadas em dados meteorológicos.

As correntes de jato são acompanhadas por áreas de maior turbulência. Este fato deve ser levado em consideração para os voos.

astronomia

Na astronomia , a visão desempenha um papel importante na observação visual e na astrofotografia . Uma das principais causas de visão é a corrente de jato, na qual ocorre turbulência na camada de transição para as camadas de ar mais profundas devido às diferenças de velocidade. Essas turbulências causam mudanças rápidas no índice de refração óptico do ar e, portanto, uma qualidade de imagem reduzida.

Produção de energia elétrica

O uso de ventos de grande altitude ou jatos como fonte primária de energias renováveis por usinas eólicas de aeronaves ainda não passou no estágio de pesquisa e desenvolvimento.

Veja também

literatura

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Links da web

Wikcionário: Jetstream  - explicações de significados, origens das palavras, sinônimos, traduções

Evidência individual

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