Στο τρίτο μέρος του αφιερώματος μας στη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, εξετάσαμε το πρώτο από τα τρία κύτταρα που συγκροτούν τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας, το κύτταρο Hadley. Παρουσιάσαμε τον μηχανισμό της δημιουργίας του, τα βασικά του χαρακτηριστικά, καθώς και τη ροή του ατμοσφαιρικού αέρα που συνδέεται με το συγκεκριμένο κύτταρο κυκλοφορίας. Στη συνέχεια του μεγάλου αφιερώματος, θα εξετάσουμε πως η κυκλοφορία του κυττάρου Hadley οδηγεί τελικά στη δημιουργία του υποτροπικού αεροχειμάρρου. Ο τελευταίος, αποτελεί ένα στοιχείο της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας με σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση του καιρού στη συνοπτική κλίμακα.

Ο υποτροπικός αεροχείμαρρος
Οι υποτροπικοί αεροχείμαρροι (subtropical jets ή jet streams) είναι ρεύματα ταχέως κινούμενου ατμοσφαιρικού αέρα (από δυσμάς προς ανατολάς) τα οποία έχουν μήκος χιλιάδων χιλιομέτρων, πλάτος μερικών εκαντοτάδων χιλιομέτρων και πάχος λίγων μόνο χιλιομέτρων. Η ταχύτητα του ανέμου στο κέντρο του αεροχειμάρρου ξεπερνάει συχνά τα 185 km/h, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να ξεπεράσει και τα 370 km/h. Οι υποτροπικοί αεροχείμαρροι εντοπίζονται πάνω από την ζώνη των υποτροπικών αντικυκλώνων (~30Ν/S), σε ύψος περίπου 12 km (υποτροπική τροπόπαυση) (Εικ. 1).

Εικόνα 1. Σχηματική αναπαράσταση των θέσεων του υποτροπικού (κόκκινο χρώμα) και του πολικού ή μέσων γεωγραφικών πλατών (μπλε χρώμα) αεροχειμάρρου.

Η δημιουργία του υποτροπικού αεροχειμάρρου συνδέεται άμεσα με τον αποκλινόντα προς τους πόλους κλάδο του κυττάρου Hadley, όπως φαίνεται και στην Εικ. 2. Σε ύψος περίπου 12 km και πάνω από τις υποτροπικές περιοχές (30N/S) ο θερμός αέρας που μεταφέρεται προς τους πόλους από το κύτταρο Hadley, έχει ως αποτελέσμα τη δημιουργία μίας έντονης θερμοβαθμίδας (ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας) κατά μήκος ενός νοητού “συνόρου”, το οποίο συχνά αποκαλείται με τον όρο υποτροπικό μέτωπο. Κατά μήκος του υποτροπικού μετώπου (εντοπίζεται μόνο στην ανώτερη τροπόσφαιρα) οι μεγάλες αντιθέσεις της θερμοκρασίας οδηγούν στην δημιουργία μίας έντονης βαροβαθμίδας (ρυθμός μεταβολής ατμοσφαιρικής πίεσης), η οποία με τη σειρά της έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ενός πολύ ισχυρού πεδίου ανέμων.

Εικόνα 2. Απλοποιημένο μοντέλο της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας (μοντέλο των τριών κυττάρων).

Η προσεκτικότερη εξέταση του υποτροπικού αεροχειμάρρου αποκαλύπτει πως πέρα από τη έντονη θερμοβαθμίδα, υπάρχει ακόμη ένας μηχανισμός που συνεισφέρει στη δημιουργία αυτής της ισχυρής δυτικής ροής στην ανώτερη τροπόσφαιρα. Πρόκειται για την αρχή διατήρηση της στροφορμής, η οποία δρα με τον ίδιο απλό τρόπο που οδηγεί έναν αθλητή του καλλιτεχνικού πατινάζ να περιστρέφεται ταχύτερα όταν συμπτύσσει τα χέρια του.

Εικόνα 3. Σχηματική αναπαράσταση του μηχανισμού δράσης της αρχής διατήρησης της στροφορμής. Καθώς ο ατμοσφαιρικός αέρας κινείται προς τους πόλους, η ακτίνα περιστροφής του ( r ) ελαττώνεται.

Για να κατανοήσουμε καλύτερο τον τρόπο με τον οποίο η διατήρηση της στροφορμής συνεισφέρει στη δημιουργία των υποτροπικών αεροχειμάρρων, ας θεωρήσουμε ένα πακέτου θερμού ατμοσφαιρικού αέρα το οποίο ξεκινά την ανοδική του κίνηση πάνω από την ενδοτροπική ζώνη σύγκλισης. Καθώς ο ανερχόμενος θερμός αέρας πλησιάζει στην τροπόπαυση, αναγκάζεται να αποκλίνει και να κινηθεί προς τους δύο πόλους. Κατά την κίνησή του αυτή και εξαιτίας της καμπυλότητας της Γης, ο ατμοσφαιρικός αέρας πλησιάζει ολοένα και περισσότερο στον άξονα περιστροφής του (ο άξονας περιστροφής της Γης) (Εικ. 3). Επειδή η στροφορμή διατηρείται (στροφορμή = μάζα x ταχύτητα x ακτίνα περιστροφής) και λαμβάνοντας υπόψη ότι η μάζα του κινούμενου αέρα δεν μεταβάλλεται, συμπεραίνουμε πως η ελάττωση της ακτίνας περιστροφής θα πρέπει να αντισταθμιστεί από μία αύξηση της ταχύτητας περιστροφής. Συνεπώς, ο ατμοσφαιρικός αέρας αναγκάζεται να κινηθεί προς ανατολάς με μεγαλύτερη ταχύτητα συγκριτικά με ένα σημείο της επιφάνειας της Γης. Αυτή ακριβώς η επιταχυνόμενη κίνηση του αέρα συνιστά τη δυτική ροή του αεροχειμάρρου, όπως αυτή γίνεται αντιληπτή από έναν παρατηρητή στο έδαφος.

Πώς όμως ο υποτροπικός αεροχείμαρρος συνδέεται με τον καιρό του Β. ημισφαιρίου στη συνοπτική κλίμακα; Λαμβάνοντας υπόψη τον μηχανισμό δημιουργίας του αεροχειμάρρου, είναι μάλλον εύκολο να αντιληφθούμε πως η μετατόπισή του προς βορειότερα γεωγραφικά πλάτη συνδέεται με μεταφορά θερμότερων αεριών μαζών προς τα μέσα γεωγραφικά πλάτη. Αυτό συμβαίνει διότι όσο πιο βορειότερα εντοπίζεται ο υποτροπικός αεροχείμαρρος, τόσο πιο βόρεια είναι μετατοπισμένος ο καθοδικός κλάδος του κυττάρου Hadley, ο οποίος μεταφέρει θερμό ατμοσφαιρικό αέρα από τους τροπικούς.

Ολοκληρώνοντας, αξίζει να αναφέρουμε πως για την παρατήρηση του υποτροπικού αεροχειμάρρου χρησιμοποιείται η ισοβαρική επιφάνεια των 200 hPa (λίγο παραπάνω από τα 12 km), ενώ εμφανίζεται ισχυρότερος κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου του κάθε ημισφαιρίου.