امروز:پنج شنبه, ۶ اردیبهشت , ۱۴۰۳
زمان انتشار : شنبه, مرداد 4ام, 1393 | پرینت مطلب |مهران فاطمی| بازديد: 5,586 بار

روبادها (JET STREAMS)

هواشناسان با تعیین موقعیت جت استریم ها می توانند وضعیت جوی را پیش بینی کنند، هواشناسان از میزان رطوبت نسبی موجود در هوا برای تعیین موقعیت جت استریم ها استفاده می کنند.

 

طرح کلی روباد های قطبی و جنب حاره بر فراز نیمکره شمالی.

 

خصوصیات کلی جت استریم ها (General Characteristics)

جت استریم در واقع یک جریان باریک از هواست که به شکل نوار باریکی در اطراف نیمکره شمالی و جنوبی کره زمین به شکل موجی در حال حرکت است. نیمکره شمالی و جنوبی هر یک جت استریم های قطبی و استوایی خاص خود را دارد، اما واژه جت استریم بیشتر برای جت استریم قطبی نیمکره شمالی کاربرد دارد چرا که این نوع از جت استریم، نواحی وسیعی از آمریکای شمالی، اروپا و آسیا را تحت تاثیر قرار می دهد. این در حالی است که رودباد یا جت استریم قطبی نیمکره جنوبی بیشتر قطب جنوب را تحت تاثیر قرار می دهد. 

تعیین محل دقیق جت استریم ها برای پیش بینی وضع هوا ضروری است. عرض رودبادها از ۱۶۱ تا ۶۴۴ کیلومتر و ضخامت آن بین ۱٫۶ تا ۴٫۸ کیلومتر متغیر است. پرقدرت ترین بادهای جت استریم معمولا در ارتفاعات ۹۱۴۴ متری از سطح زمین ردیابی شده است. سرعت چنین بادهایی بیشتر بین ۲۴۱ تا ۴۸۲ کیلومتر در ساعت است. جهت حرکت جت استریم از غرب به شرق است. البته نوع دیگری از جت استریم وجود دارد که از آن به عنوان جت استریم شرقی یاد می شود و در طول تابستان رخ می دهد. این نوع خاص از رودباد از بخش فوقانی تروپوسفر سرچشمه می گیرد و تا غربی ترین بخش قاره آفریقا یعنی حدود ۱۰ هزار کیلومتر گسترش پیدا می کند.

 

نیمرخ عمودی استوا تا قطب، میانگین موقعیت ۲ جت استریم، همرفت I.T.C.Z و ابرهای در امتداد جبهه قطبی را نشان می دهد.

میانگین بادهای مداری ژانویه – دسامبر ۲۰۰۹ تا ۱۹۷۹؛ حداکثر سرعت باد در تروپوسفر فوقانی نشان دهنده نرمال موقعیت های جت استریم ها می باشد.

 

جت استریم معمولی که تغییراتش بشدت آب و هوای نیمکره شمالی را تحت تاثیر قرار داده، مدام موقعیت خود را تغییر می دهد. در حقیقت می توان چنین گفت که تغییر فصل باعث تغییر موضع آن می شود. به عنوان مثال در کشور آمریکا در پاره ای از اوقات ۲ جریان مجزا، کشور را تحت پوشش تاثیرات خود قرار می دهد، یکی از این جریانات مرزهای شمالی و دیگری مرزهای جنوبی را درمی نوردد و اثرات کاملا متفاوتی را در پی خواهد داشت.

 

 

هواشناسان برای تعیین میزان بخار آبی که در لایه های فوقانی اتمسفر وجود دارد در ماهواره ها از سنسورهای مادون قرمز استفاده می کنند.

 

جت استریم های تراز فوقانی

گردش جت استریم قطبی و جنب حاره به صورت یک الگوی موج مانند در سراسر جهان می باشد. آنها به طرف مناطق استوایی و عرض های قطبی حرکت می کنند، و لو اینکه میانگین نرمال موقعیت های  آنها عرض های منطقه معتدله باشد.

چرا جت استریم قطبی و جنب حاره از غرب به شرق جریان دارند؟ در مقیاس جهانی، مازاد گرما در مناطق استوایی سبب ایجاد گرادیان های دمایی جنوب به شمال در تراز فوقانی شده که باعث تشکیل پرفشار تراز فوقانی در استوا می شود. در نتیجه نیروی گرادیان فشار، سبب جریان هوا از استوا به سمت قطب ها شده که به سبب وجود نیروی انحرافی کوریولیس به سمت شرق منحرف می شوند. از این رو بادها در تروپوسفر فوقانی در عرض های معتدله غربی ست. 

رابطه شماتیک ناهمگنی گرمای تروپوسفر منتج به گرادیان فشار سطح فوقانی، انحراف به سبب نیروی کوریولیس و بادهای غربی فوقانی عرض های معتدله.

 

جت استریم قطبی (Polar Jet Sream): روباد قطبی در عرض های ۳۰ تا ۷۰ درجه و بین سطوح فشاری ۳۰۰ و ۲۰۰ میلی بار یافت می شود (در حدود ۱۱ – ۷٫۵ کیلومتری بالای سطح دریا). روباد قطبی در طی زمستان مواقعی که گاهی اوقات به مناطق حاره ای انتقال یافته و با روباد جنب حاره ای ادغام می شود، قوی ترین خواهد بود.

راستای باد ۲۰۰ هکتوپاسکال و خطوط جریان هم سرعت در ۰۰ UTC مورخ ۱۵ اوت ۲۰۱۲٫ توجه کنید که روباد جنب حاره (حوالی ۲۰ درجه جنوبی) و روباد قطبی (حوالی ۶۰ درجه جنوبی) در نیمکره زمستان قوی تر هستند؛ بیشینه سرعت باد بیش از ۸۰ متر در ثانیه ست.

نیمرخ قائم میانگین دما (C۰) و باد مداری (ms-۱) در ۱۸۰ درجه طول شرقی در طی ژانویه (NCEP/NCAR Reanalysis 1981-2010)

 

جت جبهه قطبی در ناحیه گرادیان قوی دمایی بین هوای سرد قطبی و توده های هوای گرم تشکیل می گردد. گرادیان با ارتفاع افزایش می یابد چرا که ستون های هوای گرمتر حاوی انبساط تجمعی بیشتری نسبت به ستون های هوای سرد هستند. نتیجتا، اختلاف فشار در تروپوسفر فوقانی با ارتفاع افزایش یافته و سبب بادهای قوی می شود.

چرا جریان روباد در نزدیکی تروپوپاز می باشد؟ از آنجا که دما با افزایش ارتفاع به سوی تروپوپاز کاهش می یابد،‌که محدودیتی برای افزایش یافتن گرادیان فشاری و باد هاست. بنابر این روبادها در نزدیکی تروپوپاز واقع شده اند. پتانسیل برای ایجاد باد های قوی، هر جا که تضاد حرارتی وجود داشته باشد، در هوا وجود دارد، بنابر این روبادها معمولا با سیستم های جبهه ای فعال در عرض های میانه همراه هستند. 

 

هسته های سرعت (Jet Streaks)

موقعیت، جهت، قدرت و تداوم جت قطبی کنترل کننده حوادث آب و هوایی در مقیاس زمانی یک روز تا چند هفته می باشد. در طول جت، ناحیه ای با حداکثر سرعت بعنوان هسته های سرعت (Jet Streaks) خوانده می شوند، بویژه زمانی که جت قطبی با جت جنب حاره ادغام شود یا در نواحی با گرادیان قوی دمایی ایجاد می شوند.
 
 
هسته های سرعت معمولا بعنوان حداکثر فرم بیضی در تحلیل خطوط جریان هم سرعت (Isotach) تراز ۲۰۰ – ۳۰۰ هکتوپاسکال شناخته می شوند، به عنوان مثال، نواحی قرمز رنگ بر فراز استرالیا در شکل بالا.
 
 
 
هنگامی که جت استریم مداری ست، تقریبا به طور مستقیم از غرب به شرق، اغتشاشات موج کوتاه و هسته های سرعت سریعا در طول مسیر جت حرکت می کنند. در مقابل، زمانی که الگوی جت استریم نصف النهاریست، موجی از فرازها و فرودها تراز فوقانی معمول هستند، هوای گرم به سمت قطب و هوای سرد به سمت استوا جریان یافته، و حرکت اغتشاشات معمولا آهسته تر ست. گرادیان قوی دما در گستره طول جغرافیایی محدودی گسترش یافته و به سیستم های کم فشار (سایکلون) و سیستم های پرفشار (آنتی سایکلون) منتج می شود که بترتیب باعث تداوم شرایط مرطوب و خشک می شوند.
 
 
جت استریم جنب حاره (Subtropical Jet)
جت استریم جنب حاره، که معمولا در نزدیکی سطح فشار ۲۰۰ هکتوپاسکال قویتر ست و حوالی عرض جغرافیایی ۳۰ درجه، دارای برش باد عمودی قوی در تروپوسفر فوقانی می باشد. سرعتهای باد  به شدت زیر حداکثر تراز  (۲۰۰ هکتوپاسکال) کاهش می یابد، بطوریکه در سطح ۵۰۰ هکتوپاسکال به سختی قابل تشخیص می باشد.
 

میانگین روباد جنب حاره زمستان ۱۹۵۶ – ۱۹۵۵ بر اساس خطوط جریان های هم سرعت در ۲۰۰ هکتوپاسکال (هر ۵۰ نات). محور جت در میانگین عرض جغرافیایی ۲۷٫۵ درجه شمالی ست(Krishnamurti, 1961).
 
 
در فصل زمستان، روباد جنب حاره تقریبا به طور مداوم در هر ۲ نیمکره وجود داشته و می تواند به سرعت باد ۷۵ تا ۱۰۰ m s-۱ برسد. در نیمکره شمالی، جت یک الگوی ۳ موجی شبه ایستا با فرازها و بیشینه سرعت باد در سراسر جنوب شرق ایالات متحده آمریکا، دریای مدیترانه و شمال غرب آرام که دارای قویترین بادها هستند، از خود نشان می دهد. فرودها معمولا در سراسر اقیانوس آرام مرکزی، اقیانوس اطلس مرکزی و در امتداد دریای عرب و هند واقع می شوند. میانگین موقعیت روباد جنب حاره در نیمکره شمالی در طی زمستان حوالی ۲۷٫۵ درجه شمالی، گستره ی ۲۰ تا ۳۵ درجه شمالی ست. روباد جنب حاره در تمام طول سال در نیمکره جنوبی وجود دارد. گرچه، در نیمکره شمالی طی تابستان هنگامی که به سمت شمال انتقال می یابد، با میانگین موقعیت نزدیک به عرض ۴۰ درجه شمالی قرار داشته و میانگین سرعت آن به حدود ۳۵ متر در ثانیه کاهش می یابد چرا که گرادیان شمال به جنوب دما کاهش می یابد. 
 
 
متوسط راستای باد ۲۰۰ هکتوپاسکال در دسامبر _ فوریه (بالا) و ژوئن _ اوت (پائین) برای ۱۹۹۶ – ۱۹۶۸.توجه داشته باشید روبادها در نیمکره زمستان قویتر هستند (قرمز > 70 متر بر ثانیه).
 
 
هنگامی که ما راستای بادهای ۲۰۰ هکتوپاسکال در ۲ نیمکره را طی تابستان و زمستان مقایسه می کنیم، تفاوت واضحی دیده می شود. انحراف از متوسط موقعیت بیشتر در سراسر بخش آمریکا_ اقیانوس اطلس، نسبت به بخش آفریقا _ آسیا دیده می شود. روباد جنب حاره هنگامی که فرود عرض میانه به سوی عرض های جنب حاره توسعه می یابد، ممکن ست به طور موقت جا به جا شود. هنگامی که این جابجایی رخ می دهد، جت جنب حاره می تواند با جت جبهه قطبی ادغام شود. تغییر پذیری متوسط موقعیت عرض جغرافیایی روباد جنب حاره نیمکره جنوبی کمتر بوده، از حوالی ۲۶ درجه عرض جنوبی در زمستان تا حدود ۳۲ درجه عرض جنوبی در تابستان در جابجایی می باشد. ماگزیمم بادها در زمستان بیش از ۷۰ متر بر ثانیه و در تابستان ۴۰ متر بر ثانیه می باشد. حتی در ارتفاعات بالای روبادها، اثر قاره ای مشهود می باشد. باید توجه داشت سرعت بالای باد از کرانه های شرقی آسیا و آمریکای شمالی آغاز می شود. در سراسر نیمکره جنوبی الگو مداری تر بوده و به دلیل وسعت کمتر خشکی ها، جت ها قویتر هستند.
 
جت جنب حاره دیده بانی شده به صورت رشته های ابر حاره ای سراسر اطلس جنوبی و جنوب اقیانوس هند، در تصویر ماهواره ای فروسرخ، راستای باد ۲۰۰ هکتوپاسکال و خطوط جریان هم سرعت در ۰۰ UTCمورخ ۲۲ سپتامبر ۲۰۱۲. 
 
 
معمولا  روباد جنب حاره  در تصاویر ماهواره ای  بعنوان رشته ابرهای سطح بالا شناخته می شود. در مثال بالا، روباد جنب حاره از بخش حاره ای آمریکای جنوبی به سوی جنوب اقیانوس اطلس و سراسر جنوب شرق آفریقا به سمت اقیانوس هند جنوبی جریان می یابد.
 
 
 
حرکت رو به بالا و قطب سو هوا در سلول هدلی به در جهت تشکیل جت جنب حاره؛ حرکت رو به قطب هوا از استوا به شعاع کوچکتر حرکت دورانی سریع تر، به منظور حفظ تکانه زاویه ای.

 

روباد جنب حاره از جریان هوا به سمت بالا و قطب سو، در سلول هدلی ناشی می شود. همانطور که بسته های هوا به عرض دایره ای کوچکتر حرکت می کنند، باید سرعت خود را به منظور حفظ تکانه زاویه ای افزایش دهند. توجه داشته باشید که سرعت معمول در روباد جنب حاره  کمتر از محاسبه کاربردی معادله تکانه زاویه ای ست، چرا که جریان های پیچشی بزرگ مقیاس (large-scale eddies) (به عنوان مثال سایکلون ها) مقداری از تکانه سلول هدلی را به عرض های میانه  انتقال داده و بسته های هوا بواسطه تلاطم کوچک، آهسته می شوند. انتقال انرژی جنبشی توسط جریان های پیچشی به برقراری روباد جنب حاره کمک می کند. جت در نزدیکی ناحیه حداکثر انتقال واقع شده است. مکانیسم های دیگر به تغییر پذیری روباد جنب حاره در سطح جهان کمک می کند، شامل: گرادیان شمال به جنوب در گرمایش میان تروپوسفری و حرکت موجی به دلیل رشته کوه های آسیای مرکزی.

 

جت استریم شرقی حاره (Tropical Easterly Jet)

روباد شرقی حاره ای (TEJ) یک  مشخصه منحصر بفرد و غالب در تابستان نیمکره شمالی، سراسر آسیای جنوبی و شمال آفریقا ست. روباد شرقی حاره ای در لایه ۱۰۰ – ۲۰۰ هکتوپاسکال در نزدیکی عرض بین ۵ و ۲۰ درجه شمالی یافت می شود. بیشینه سرعت آن  ۵۰ – ۴۰ متر بر ثانیه، حدود نصف حداکثر سرعت روباد جنب حاره و جت قطبی می باشد، تنها غرب هند جنوبی، سراسر دریای عرب و حوالی تراز ۱۵۰ هکتوپاسکال جریان دارد. شکل زیر متوسط دامنه و شدت جت را در ۲۰۰ هکتوپاسکال برای ژوئن تا اوت نشان می دهد. این جت استریم در موقعیت، راستا و شدت خود از ژوئن تا آغاز اکتبر نسبتا پایدار است.

 
 
(بالا) متوسط راستای باد در ۲۰۰ هکتوپاسکال (۲۰۰۰ – ۱۹۴۸). هسته روباد شرقی حاره ای در سراسر شمال اقیانوس هند واقع ست؛ بادهای بزرگتر از ۲۰ m s-۱ از قاره دریایی (Maritime Continent) به اتیوپی توسعه می یابد. (پایین) طرح کلی یک هسته سرعت ایده آل؛ گردش ثانویه آن، و نواحی دارای واگرایی (حرکت صعودی) و همگرایی (فرونشینی) تراز فوقانی.
 
در طی موسمی تابستانه جنوب آسیا، روباد شرقی حاره ای ناشی از گردش های ثانویه بوده که موجب افزایش همرفت سراسر جنوب هند، قاره دریایی و اقیانوس مجاور می شود، در حالی که حرکت رو به بالا در سراسر ناحیه خروج آن، در نزدیکی آفریقای استوایی و اطلس متوقف می شود. 
 
ایجاد و برقراری روباد شرقی حاره ای به طور کامل شناخته نشده است اما اعتقاد بر این است که جت ممکن ست بواسطه دماهای فوق العاده بالا و ارتفاعات سراسر فلات تبت در طی تابستان ایجاد می شود. مازاد نصف النهاری گرما، به برقراری پرفشار تراز فوقانی در سراسر فلات و بادهای شرقی قوی سراسر هند مرکزی و جنوبی کمک می کند. روباد شرقی حاره ای، سیستم تهویه تراز فوقانی برای مونسون قوی جنوب غربی بشمار می رود. پاسخ های منطقه ای با  گردش عمومی سیاره ای هم پیوند می باشند، که در زیر نشان داده شده است.
 
 
طرح کلی گردش اصلی اقیانوس هند، سلول سیاره ای هدلی، جت شرقی حاره ای، و مونسون تابستانه آسیا (اقتباس از Gerald Meehl، NCAR) 

 

جت استریم های تراز پائینی

 

جت سومالی (Somali Jet)

در میان شناخته شده ترین جت استریم های تراز پائین، جت سومالی مطرح می باشد، یک جت جنوب غربی با ماگزیمم سرعت در نزدیکی تراز ۸۵۰ هکتوپاسکال که رطوبت را به مونسون هند جنوبی تغذیه می دهد.
 
 
 
جت سومالی در طی تابستان سراسر شمال ماداگاسکار و سواحل سومالی واقع می شود. جت از ژوئن تا اوت با میانگین حداکثر سرعت  ماهانه ۱۸ m s-۱ قوی تر می باشد. گرچه سرعت روزانه می تواند به ۵۰ m s-۱ نیز برسد. 
 
ویژگی های کلیدی جریان تراز پائین عبارتند از:
 
_ ماگزیمم سرعت باد در نزدیکی راس شمالی ماداگاسکار و سواحل سومالی.
 
_ یک جریان بزرگ عرضی استوایی از اقیانوس هند جنوبی به دریای عرب مرکزی.
 
_ یک کمینه نسبی سرعت در بین محور باد های قوی در نزدیکی استوا.
 
_ ۲ شاخه شدن محور جت بر فراز دریای عرب، شاخه شمالی تر از سواحل غربی هند حوالی عرض ۱۷ درجه شمالی می گذرد، در حالی که شاخه جنوبی، شرق سو منحصرا  از جنوب هند عبور می کند.
 
 
پیش از حرکت جنوبی به سمت اقیانوس هند جنوبی در طی زمستان، جت از ژوئن تا سپتامبر  نسبتا پایدار باقی می ماند. 
 
 
 
(a) متوسط تنش باد در سطح اقیانوس، اثر جت سومالی تراز پائین ناشی از گرادیان قوی فشاری عرضی استوایی و ارتفاعات شرقی آفریقا، را نشان می دهد.
 
 
(b) سطح مقطع امتداد عرض ۵ درجه شمالی بزرگی و اندازه فضایی هسته جت را نشان می دهد؛ مناطق خاکستری ارتفاعات کوهستان های شرق آفریقا را نشان می دهد (داده ها از Japanese 25-year Reanalysis طی دوره ۱۹۷۹-۲۰۰۴، ارتفاع رقومی از NOAA NGDC)

 

جت شرقی آفریقایی (African Easterly Jet)

جت شرقی آفریقایی (AEJ) ،یک بیشینه باد تراز پائین، یکی از مشخه های عمده سراسر آفریقای حاره ای شمالی و شرق اقیانوس اطلس مجاور در طول تابستان نیمکره شمالی ست.

 

مشخصه های عمده در مقیاس وسیع مونسون غرب آفریقا و اقیانوس اطلس حاره ای؛ طرح کلی از نیمرخ قائم جنوب به شمال در امتداد نصف النهار گرینویچ، سیستم کم فشار حرارتی – جت شرقی آفریقایی (AEJ)- منطقه همگرای (ITCZ) درون حاره، لایه هوای صحرای بزرگ (Saharan Air Layer = SAL) و نوسانات نصف النهاری در لایه مرزی جوی را مشخص می سازد(اقتباس از Parker et al. 2005).

 

(بالا) متوسط سرعت باد در تراز ۶۰۰ هکتوپاسکال برای ژوئیه تا سپتامبر در سراسر آفریقای حاره ای شمالی و اقیانوس اطلس حاره ای. (پایین) سطح مقطع امتداد مدار ۰ درجه، جریان موسمی جنوب غربی تراز پایین (سبز) و جت شرقی آفریقایی در سطوح میانی (بنفش) را نشان می دهد.  بیشینه باد شرقی جت شرقی آفریقایی حوالی ۱۵۰ هکتوپاسکال بوده و باد های غربی قوی حوالی ۲۰۰ هکتوپاسکال در عرض ۲۰ درجه شمالی مربطو به روباد جنب حاره ای می باشد.

 

جت دارای بیشینه ای بین ۷۰۰ و ۶۰۰ هکتوپاسکال و بین ۱۳ و ۱۷ درجه عرض شمالی با سرعت باد ۱۰ تا ۲۵ m s-۱ ست. روباد شرقی آفریقایی از آپریل تا نوامبر نمایان بوده اما در طول موسمی غرب آفریقا، بین ماه های ژوئن و سپتامبر در قوی ترین حالت قرار می گیرد.

 

(بالا) میانگین ژوئیه تا سپتامبر (بالا) دمای سطحی (سایه دار C۰) و نم ویژه (پربندها، g kg -۱ ). (پایین)ارتفاع تراز فشار ۶۰۰ هکتوپاسکال (m) طی دوره ۲۰۰۹ – ۱۹۷۹. به گرادیان قوی بین صحرای بزرگ گرم و خشک و ناحیه جنوبی خنک تر و مرطوب توجه داشته باشید.

 

وجود این جت با برگشت قوی در گرادیان معمول نصف النهاری دمایی سراسر قاره آفریقا طی تابستان همراه است (معمولا گرمتر در استوا). صحرای بزرگ در شمال یک لایه هوای صحرایی خشک و غبار آلود ایجاد می کند که یک ناهنجاری فراز گرمایی، جانب شمال هوای خنک تر در نزدیکی استوا ست. شارش قوی شرقی زمینگرد، در پاسخ به دمای سطحی قابل توجه و گرادیان رطوبتی از خلیج گینه به صحرای بزرگ گسترش می یابد. سطح مقطع شمال به جنوب، نشان داده شده در بالا، تضاد دمایی و رطوبتی برجسته در تروپوسفر پائینی تا میانی را نشان می دهد. یک جت مشابه اما ضعیف تر از روباد شرقی آفریقایی، در نزدیکی تراز ۷۰۰ هکتوپاسکال در جنوب آفریقا طی سپتامبر تا اکتبر در پاسخ به گرمایش نواحی صحرایی جنوب غرب آفریقا گسترش می یابد. 

کوهستان های شمال مرکزی آفریقا، بادهای شرقی تراز پایین را آشفته کرده و سبب افزایش سرعت بادها در باد پناه کوهستان ها می شود. این اثر مکانیکی توپوگرافی می تواند یک منبع انرژی برای کمک به برقراری روباد جت شرقی آفریقایی در فاصله دورتری در شمال ( ۲۰ – ۱۵ درجه عرض شمالی) ایجاد نماید.

چینش قوی عمودی ناشی از روباد شرقی آفریقایی و بادهای غربی تراز پایین مونسون می باشد. چینش عمودی باد به سازماندهی همرفت عمیق که در شمال و جنوب جت شرقی آفریقایی رایج است، کمک می نماید. 

 

سایکلون های عرض میانه (Midlatitude Cyclones)
 
هنگامی که امواج در امتداد جت استریم ها در عرض های میانه شکل می گیرند، گرادیان قوی دما سراسر محدوده طول جغرافیایی محدود گسترش یافته که منتج به سیستم های کم فشار (سایکلون ها) و سیستم های پرفشار (آنتی سایکلون ها) می شود. 
 
 
گسترش کم فشار یا پرفشار تحت تاثیر موقعیت هسته های سرعت جت تعیین شود. این موضع به دلیل حرکت صعودی (نزولی) ناشی از واگرایی و همگرایی در نواحی ورود و خروج هسته های سرعت جت می باشد.
 
 
 
طرح مفهومی گردش ثانویه مرتبط با ناحیه ورودی یک هسته سرعت جت تروپوسفر فوقانی. حرکت عمودی به سبب تمایل صعودی تسری کننده بادهای تراز پایین به سمت واگرایی تراز فوقانی در ناحیه ورودی جت می باشد. خط چین ها ایزنتروپ ها (خطوط همدمای پتانسیل) هستند .
 
برای مثال، واگرایی در سمت راست منطقه ورودی سبب بوجود آمدن همگرایی تراز پائین، افزایش سرعت باد در سطوح پایین، و حرکت صعودی قوی در امتداد شیب سطوح هم آنتروپی به سوی ناحیه واگرا می شود. بنابر این فشار سطحی به سبب سایکلون زائی یا تقویت یک سایکلون موجود کاهش می یابد. 
 
واگرایی تراز فوقانی در یک موج با دامنه وسیع به حداکثر رسیده، طول موج کوتاه، بادهای قوی در تراز هسته سرعت جت و چینش قوی بین تراز هسته سرعت و تراز غیر واگرایی (۶۰۰ – ۵۰۰ هکتوپاسکال) همچون در ۲۳ دسامبر ۲۰۰۹ سراسر کارائیب غربی و اطلس حاره ای رویداده است:
 
ارتفاع و بادها ۲۵۰ هکتوپاسکال و تحلیل سطح (surface analysis) مربوطه. فلش سبز حرکت صعودی ناشی از واگرایی تراز فوقانی را نشان می دهد.
 
در این مثال، الگوی نصف النهاری روباد و هسته سرعت قوی تراز فوقانی سبب گسترش سطح یک سایکلون به شرق جامایکا حوالی عرض ۱۵ درجه شمالی شده است.
 
 

جت استریم و تلاطم (Jet Streams and Turbulence)

 
موقعیت های نواحی تلاطم مرتبط با سایکلون های عرض میانه و روباد قطبی.
 
 
روبادها سبب هر دو برش افقی و عمودی می شوند. از آنجا که روبادها معمولا بالا تر از همه به غیر از ابرهای سیروس هستند، تلاطم، اغلب آشفتگى در آسمان فاقد ابر (Clear Air Turbulence= CAT) خوانده می شود. تلاطم بر فراز تروپوپاز بالای هسته جت، در جبهه زیر هسته، و در کم فشار جنب هسته معمول هست. بیشینه برش در لبه جت که تفاوت های سرعت قابل توجه هستند، وجود دارد. تلاطم همچنین بواسطه تغییرات جهت ناگهانی باد در انحنای تند فرودهای تراز فوقانی ایجاد می شود.
 
 
نوسانات روبادها (Variability of the Jetstreams)
 
 
 
متوسط موقعیت روبادها و انحراف از نرمال در طی زمستان و تابستان های النینو و لانینا.
 
 
موقعیت های روبادهای جنب حاره و قطبی در پاسخ به تغییرات ناهنجاری های دمای سطح آب دریا (SST) و گردش اتمسفری در اقیانوس آرام طی دوره النینو و لانینا به طرز چشمگیری تغییر می نماید. نتیجه تغییرات بارزی در نواحی سایکلون زایی(cyclogensis)، حرکت طوفان، و ناهنجاری دما و بارش می باشد. برای مثال، طی زمستان های همراه با النینو، به دلیل تغییرات در توزیع گرمایش حاره ای، جت جنب حاره آرام بر فراز آرام مرکزی و شرقی، گسترش یافته و قوی تر می باشد. در نتیجه سایکلون های عرض میانه در یک مسیر جنوبی بر فراز آمریکای شمالی حرکت کرده و جبهه ها بسوی آمریکای مرکزی و کارائیب می رسند. شرایط ناهنجاری مرطوب و سرد در جنوب آمریکا و شمال مکزیک غالب شده، در حالی که شمال گرمتر و خشک تر از نرمال خواهد بود.
 
 
الگوی آب و هوایی معمول بر فراز آمریکای شمالی در طی زمستان های النینو.
 
 
 
الگوی زمستانه روباد اقیانوس آرام جنوبی: سرعت باد مداری ۲۰۰ هکتوپاسکال ژوئن – اوت (سایه دار، ms-۱) و خطوط جریان (پربندها، فاصلهm۲ s–۱  ۱ × ۱۰۷) برای (a) شرایط میانگین، (b) لانینا ۱۹۹۸، و (c)شرایط النینو ۱۹۹۷٫ میانگین اقلیمی ۱۹۹۵ – ۱۹۷۹٫
 
 
روباد اقیانوس آرام جنوبی نیز به وقایع فرین ENSO پاسخ می دهد. در طی زمستان های النینو  جت در سراسر کل آرام جنوبی قوی تر و شدیدتر می شود. در مقابل طی زمستان های لانینا جت ضعیف تر شده، به غرب عقب نشسته و یک شاخه به سمت جنوب تقسیم می شود که بعنوان فرود میانه آرام غالب می شود. 

 

شکل گیری یک رودباد

زمانی که توده های هوای گرم در جنوب با توده های هوای سرد شمالی به هم برخورد می کند، درجه حرارت و فشار به سرعت کاهش می یابد. اساسا شما می توانید افت درجه حرارت و فشار را با یک تپه مقایسه کنید. هرچه شیب تپه بیشتر باشد شما سریع تر به پایین آن تپه می رسید و همه اینها به خاطر تفاوت معنادار شیب است.

در مورد سرعت باد، تفاوت فشار میان یک محدوده پرفشار و کم فشار می تواند بسیار زیاد باشد و به همین دلیل است که بادهایی با سرعت های بالا شکل می گیرد. تفاوت های فشار و درجه حرارت گاهی بسیار زیاد است و علت آن هم این که این روزها شدت گرمایش جهانی کاملا شرایط طبیعی را بر هم زده است. در فصل زمستان یعنی در زمان اوج جت استریم و در تابستان کاملا توازن بر هم خورده است.

با این که این تونل هوا بیشتر در ارتفاعات بالای ۲۰ هزار فوتی (مرز میان تروپوسفر و استراتوسفر) شکل می گیرد، اما تاثیرات این پدیده جوی می تواند الگوهای آب و هوا را کاملا تغییر دهد. خشکسالی های ویرانگر، سیلاب و توفان های مهیب از اثرات این پدیده است. اهمیت جت استریم بیشتر به این دلیل است که الگوهای جوی را در سطحی جهانی تحت تاثیر قرار می دهد و این مساله می تواند پیش بینی وضع هوا را با مشکلات عدیده ای مواجه کند. یک نمونه از تاثیرات مستقیم آن مشکلاتی است که بر سر راه سفرهای هوایی ایجاد خواهد شد. زمان های پرواز هواپیماها و میزان مصرف سوخت مستقیما از چنین پدیده هایی تاثیر خواهد پذیرفت.

 

کشف جت استریم

برای نخستین بار پدیده رودباد در دهه ۱۹۲۰ به وسیله واسابورو اوئیشی یک هواشناس ژاپنی کشف شد. وی که روی بالن های مخصوص هواشناسی کار می کرد به صورت اتفاقی این رود باد عظیم را شناسایی کرد. این بالن ها با پرواز بر فراز کوه فوجی بادهای سطوح فوقانی تر جو را مورد بررسی قرار دادند. تحقیقات این هواشناس باعث آگاهی از الگوهای چنین بادهایی شد، اما مساله مهم اینجا بود که تحقیقات وی در ژاپن سندیت داشت و هنوز در ابعاد جهانی نیاز به مطالعات بیشتر داشت. شناخت بیشتر از رودبادها سال۱۹۳۴ بدست آمد، زمانی که یک خلبان آمریکایی به نام ویلی پست تصمیم به پرواز تک نفره به دور کره زمین گرفت. این خلبان یک لباس مخصوص را برای خود طراحی کرد که به وی این امکان را می داد در ارتفاعات بسیار بالا پرواز کند.

نکته: مهم ترین اثر​جت استریم در صنعت هواپیمایی است، چرا که پرواز در جهت موافق یا مخالف جت استریم ها می تواند بشدت بر سوددهی وزیان دهی صنایع هواپیمایی تاثیرگذار باشد

وی در خلال پروازهای خود متوجه تغییرات ناگهانی سرعت شد. این تغییرات ناگهانی حاکی از قرار گرفتن وی در یک جریان کاملا متفاوت از توده هوا بود. با این وجود تا سال ۱۹۳۹ طول کشید که چنین پدیده ای رسما مورد تائید کارشناسان و متخصصان جهانی قرار گیرد. سال ۱۹۳۹ یک هواشناس آلمانی به نام اچ. سیلکوف در یک مقاله علمی از عبارت جت استریم نام برد. بعدها در طول جنگ جهانی دوم خلبانانی که مسیر میان اروپا و آمریکای شمالی را طی می کردند، متوجه تغییرات فاحش سرعت باد شدند و همه اینها کم کم بر میزان اطلاعات هواشناسان و دانشمندان جهان افزود.

 توصیف دلایل پدیده جت استریم

تحقیقات بیشتر خلبانان و هواشناسان نشان داد که دو جریان عمده جت استریم در نیمکره شمالی وجود دارد و در نیمکره جنوبی نیز این پدیده کماکان تاثیرگذار است به طوری که قوی ترین جت استریم های این نیمکره در عرض جغرافیایی بین ۳۰ درجه شمالی تا ۶۰ درجه شمالی به ثبت رسیده اند. ضعیف ترین رودبادی که در بخش های پایین استوا وجود دارد در نزدیکی عرض ۳۰ درجه شمالی گزارش شده است. موقعیت این نوع رودبادها در طول سال تغییر می کند و گفته می شود که آنها خورشید را دنبال می کنند چرا که با گرم شدن هوا از شمال و با سرد شدن هوا از جنوب حرکت کرده و تغییر موضع می دهند. لازم به ذکر است که جت استریم ها در فصل زمستان قوی تر است و علت آن هم تضاد میان هوای قطب شمال و استواست که در این زمان به اوج خود می رسد. در تابستان تفاوت درجه حرارت کمتر است بنابراین جت استریم ضعیف تر است. جت استریم ها معمولا مسافت های بسیار طولانی را پوشش می دهد. حتی گاه آنها جریانات پیوسته نیز نیستند یا در پاره ای از اوقات هم پیچ و تاب های زیادی در طول مسیر حرکتشان پیدا می کنند. جایی که پیچ و تاب در این قبیل تونل ها ایجاد شود، سرعت حرکت باد هم کندتر خواهد شد و چنین امواجی تحت عنوان «راسبی» خوانده می شود. علت کاهش سرعت، همان اثر کوریولیس و تغییر جهت باد به سمت غرب یعنی جهت مخالف حرکت است.

 

اهمیت جت استریم ها

مهم ترین اثر این پدیده در صنعت هواپیمایی است. به عنوان مثال سال ۱۹۵۲ یک هواپیمای پان آمریکن که از توکیو به سمت هونولولو جزایر هاوایی در حال حرکت بود توانست چند ساعتی از مدت زمان سفر خود بکاهد. این کاهش زمان صرفه جویی در مصرف سوخت را به دنبال دارد. پرواز در جهت موافق یا مخالف جت استریم ها می تواند بشدت بر سوددهی و زیان دهی صنایع هواپیمایی تاثیرگذار باشد. ناآرامی های وسیعی که در اطراف این تونل های باد وجود دارد و تاثیر پدیده گرمایش جهانی بر شدت خطرات وارده احتمالی افزوده چرا که امکان پیش بینی را تا حد امکان از هواشناسان گرفته است. یکی دیگر از دلایل اهمیت جت استریم ها تغییر در الگوهای جوی است. به عنوان مثال هواشناسان دلیل بارش های سیل آسای اخیر در بریتانیا را رودبادها می دانند و معتقدند که آنها الگوهای متعارف را بر هم زده اند. علاوه بر این از نظر هواشناسی فاکتورهای متعددی است که باعث می شود الگوهای جوی یک منطقه به شکل غیرعادی تغییر کند. برآوردها حاکی از آن است که در آخرین دوره یخبندان آمریکای شمالی، جت استریم قطبی به سمت جنوب منحرف شده و علت آن هم صفحه عظیم یخچالی در قطب شمال بوده که سه کیلومتر ضخامت داشته. این صفحه عظیم یخچالی عملا اقلیم محلی را تحت تاثیر قرار داده و حتی توانسته جریان رودباد را هم تغییر دهد. حاصل این تغییر مسیر نیز بارش های مداوم و شکل گیری چند دریاچه در آمریکای شمالی بوده. ال نینیو و لانینیا نیز توانایی آن را دارند که جت استریم را از مسیر خود منحرف کنند. به عنوان مثال با وقوع ال نینیو بارندگی در کالیفرنیا بشدت افزایش پیدا می کند چرا که جت استریم قطبی بیشتر به سمت جنوب منحرف می شود و ارمغان آن هم برای بخش های جنوبی تر چیزی به جز توفان های مهیب نیست.

برعکس با وقوع لانینیا، کالیفرنیا وارد یک دوره خشکسالی می شود و بارندگی ها بیشتر در بخش شمال غربی اقیانوس آرام متمرکز می شود. علت این پدیده آن است که جت استریم قطبی به سمت شمال منحرف شده است. تحت این شرایط بارندگی ها اغلب در اروپا به حداکثر میزان خود می رسد چراکه جت استریم توانایی آن را دارد که ابرها را به سمت شرق تغییر جهت دهد. امروزه، جابه جایی جت استریم شمالی مسلم شده و نتیجه آن هم تغییرات احتمالی است که اکنون شاهد آن هستیم. دلیل بیشتر خشکسالی ها و سیلاب های اخیر را باید در تغییر موضع جت استریم ها جستجو کرد. به همین دلیل بسیاری از دانشمندان و هواشناسان درصدد هستند که به جای رصد عواقب این پدیده به علت های آن پی ببرند. حتی این روزها استفاده از انرژی تونل های رودبادها در صدر تحقیقات جهانی قرار گرفته است. توربین های بادی معلق می توانند استفاده از این انرژی پاک را امکان پذیر سازند.

 

منابع:

– پرتال آفتاب، رودبادها متهم می شوند / ۱ شهریور ۱۳۹۱ کد A214983 به نقل از روزنامه جام جم

– وبسایت آموزشی MetEd

ترجمه و گرد آوری : مهرداد شهبازی/ آژانس هواشناسی ایران (http://irmancy.ir)

 


برچسب‌ها:, , , ,

مطالب مرتبط








avatar

نویسنده: مهران فاطمی

مهران فاطمی دانشجوی دکترای آب و هواشناسی گرایش مخاطرات آب و هوایی دانشگاه یزد