Foto: Guliver image/Getty images, Crometeo

ČESTO se ovih dana spominje neuobičajeno, gotovo ekstremno toplo “proljetno vrijeme” u našim krajevima. Ja bih prije rekao da je vrijeme nalik jesenskom a ne proljetnom, jer ako ništa drugo, da je vrijeme proljetno, barem bi na Velebitu bila dva do tri metra snijega i temperature bi možda bile čak i niže, pogotovo one jutarnje. No idemo danas prokomentirati nešto prilično zanimljivo. Ne znam jeste li primjetili možda, da se često zna dogoditi zimska situacija u kojoj se Europa grije na proljetne (jesenske) temperature, dok se istovremeno Sjeverna Amerika smrzava u čičoj zimi? Također, često se dogodi i obratno; kad nad Europu dođe izražen polarni prodor, SAD i Kanada istovremeno obično imaju toplije vrijeme od klimatološkog prosjeka. Pa da vidimo zbog čega je to tako. Imaju li ekstremne hladnoće koje ovih dana pogađaju sjevernoamerički kontinent i gotovo rekordna januarska toplina u Europi kakve veze, piše Ivan Toman u kolumni za Crometeo.

Pa zdravorazumski, budući da je prosječna temperatura na Zemlji manje više konstantna, ako na jednom mjestu dođe do nižih temperatura od prosjeka onda na nekom drugom mjestu mora naravno doći do viših, kako bi prosjek mogao ostati nepromijenjen. To je logično, ali to nam ne objašnjava kako to da kad je nad Europom velika toplina, da je baš nad Sjevernom Amerikom hladnoća a ne negdje drugo, recimo nad Kinom, Indijom, ili možda Australijom. Pokušat ćemo vidjeti postoji li kakva povezanost između vremenskih događanja nad Sjevernom Amerikom i Europom. Pritom ćemo izostaviti mnoge atmosferske mehanizme cirkulacije zraka i ciklonalnih/anticiklonalnih sustava, vertikalnih transporta zračnih masa i vlage, cijelog niza fizikalnih veličina, morskih struja, odnosa ovih ili onih akcijskih centara itd… pokušat ćemo na jednostavan, relativno razumljiv način odgovoriti na pitanje.

OK, prvo trebamo znati da se u atmosferi Zemlje odvija globalna planetarna cirkulacija zračnih masa. Pritom je ta cirkulacija poprilično hemisferno ograničena, što znači da se zračne mase iz sjeverne hemisfere (polutke) ne prebacuju na južnu i obratno već cirkuliraju unutar svoje hemisfere. Budući da su tropski krajevi značajno topliji od polarnih, a topao zrak ima manju gustoću od hladnoga, to znači da će na nekoj visini iznad tla (npr. na visini polovice mase atmosfere = 500hPa), atmosferski slojevi biti “plići” (niži) nad polovima i “dublji” (viši) nad tropima (vidi sliku 1).

Skica koncepta nastajanja gradijenta tlaka u slobodnoj atmosferi usmjerenog od tropa prema polovima

Slika 1: Skica koncepta nastajanja gradijenta tlaka u slobodnoj atmosferi usmjerenog od tropa prema polovima

Odnosno, kažemo da su izobarne plohe više nad tropima a niže nad polarnim područjem. Zbog te nagnutosti izobarnih ploha u odnosu na horizontalu, nastaje gradijent tlaka planetarnih razmjera usmjeren od ekvatora prema polu i taj gradijent je pokretač velikih planetarnih strujanja iz smjera zapada prema istoku. Naime, zbog vrtnje Zemlje nastaje prividna sila koju zovemo Coriolisova sila, koja otklanja putanje udesno na sjevernoj polutci, pa globalna strujanja nisu usmjerena od ekvatora prema polu, već su usmjerena od zapada prema istoku. Inače da razjasnimo, spomenuti gradijent tlaka od ekvatora prema polu nije vidljiv na prizemnim kartama tlaka zraka, već je riječ o gradijentu “u sredini” atmosfere, dakle grubo govoreći na visinama od nekoliko kilometara pa do vrha troposfere (okvirno 3-12 kilometara visine) i nastaje zbog razlike temperature tropskog i polarnog zraka. Usput recimo i to, da je ta razlika mnogo veća zimi nego ljeti, pa je stoga i gradijent veći zimi nego ljeti, a time su i zapadna zračna strujanja u srednjoj i višoj troposferi neusporedivo jača zimi nego ljeti.

Međutim, strujanje zraka opisano u prethodnom odlomku nije ravnomjerno. Ove visinske struje od zapada prema istoku, zbog različitih utjecaja nemaju ravne putanje već najčešće znatno “meandriraju”, baš poput tipičnog riječnog toka. Promjene toka iz zonalnog (smjer zapad-istok) u lokalno meridionalni smjer (sjever-jug i obratno), dosta pojednostavljeno govoreći, stvaraju prijenos hladnih zračnih masa od polarnog područja prema tropima i toplih od tropa prema polarnom području. Vizualno gledajući na meteorološke karte ovih strujanja, u područjima gdje ona postaju izvučena od pola prema ekvatoru nastaju doline, a u područjima gdje su strujanja ispupčena prema polu nastaju grebeni. Doline su dakle područja gdje je hladna zračna masa prodrla prema jugu, a grebeni tamo gdje je topla zračna masa prodrla prema sjeveru. Da nam sve bude jasnije, pogledajmo to zorno na dvije sinoptičke karte koje se odnose na 7. siječnja 2014.

Slika 2: Mlazna struja na 300hPa

Na slici 2 vidimo zračna strujanja na izobarnoj plohi od 300 hektopaskala. To je visina koja vrlo ugrubo iznosi 9 kilometara iznad razine mora. Na slici je bojom prikazana samo brzina strujanja a ne i smjer, ali on je generalno, kao što smo rekli, zapadni. Uostalom, iz slike je vrlo lako pretpostaviti kako se kreću zračne mase na ovoj visini, ako zamislimo da su obojana područja rijeke kojima se kreće voda od zapada prema istoku, povremeno mijenjajući smjer toka (meandrirajući). Što je boja crvenija to je tok (vjetar) brži, dok tamo gdje je boja bijela brzina visinskih vjetrova je vrlo mala. Uska područja maksimalnih brzina zovemo mlazne struje, što zapravo znači da su na ovoj karti prikazane mlazne struje na visini od oko 9 kilometara.

Slika 3: Temperatura zraka na plohi 850hPa (oko 1,5km visine)

Sada pogledajmo drugu kartu (slika 3). Ova slika prikazuje temperaturu zraka na plohi od 850hPa (ugrubo oko 1,5 kilometara nadmorske visine). Ova karta se prema tome odnosi na mnogo manju visinu nego karta mlaznih struja. Sa slike vidimo izraženu hladnoću nad Sjevernom Amerikom koja predstavlja jedan od najjačih zimskih prodora u zadnjih nekoliko desetljeća na tom području. Isto tako vidimo da je Europa pod utjecajem tople zračne mase. OK, to smo već i znali prateći zadnjih dana vijesti o vremenu u svijetu zar ne? Ali pokušajmo usporediti ovu sliku s prvom slikom, tj. položajem mlaznih struja! Nakon što malo promotrite prvo jednu, pa drugu sliku, mogli bi se iznenaditi i doći do zanimljivog zaključka. Naime, oblik mlaznih struja vrlo dobro odgovara obliku prodora hladnih zračnih masa sa sjevera na jug i obratno! Štoviše, položaji mlaznih struja se idealno poklapaju s područjima najvećih kontrasta temperature zračnih masa! Gdje je mlazna struja najbrža na slici? Primjećujete da je to iznad atlantske obale SAD. Sad pogledajte kartu temperature. Gdje su najveći temperaturni kontrasti? Upravo tamo gdje su plava i crvena boja međusobno najmanje udaljene, a to je – na istome mjestu gdje je mlazna struja najjača – nad atlantskom obalom SAD! Možda je tu međuzavisnost najlakše uočiti s animacije koja alternativno prikazuje mlazne struje i položaje zračnih masa (slika 4):

Slika 4: Odnos položaja mlazne struje i temperature zračnih masa

Što možemo zaključiti iz toga? Mlazne struje se nalaze upravo tamo gdje su temperaturni kontrasti najveći i pritom jačina mlazne struje zavisi o tom kontrastu. A gdje su temperaturni kontrasti veliki? Tamo gdje se topla i hladna zračna masa jako približavaju jedna drugoj. Pogađate, to područje zovemo atmosferskom frontom. Dakle, mlazne struje se nalaze upravo u području atmosferskih fronti (bolje rečeno nalaze se na visini, iznad prizemnih fronti).

OK, sad se vratimo malo na sliku mlaznih struja (slika 2). Znamo li sad reći, gdje se nalaze tople a gdje hladne zračne mase bez gledanja na kartu temperatura? Možda ćete se pitati kako, ali razmislite malo o općem smjeru kretanja mlazne struje (zapad-istok) i ako malo promislimo o zavisnosti položaja mlazne struje i zračnih masa, zaključit ćemo da su s lijeve strane mlazne struje hladne zračne mase, a s njezine desne strane su tople zračne mase! Odlično, ovaj zaključak će nam puno pomoći da razumijemo sljedeći koncept.

Temeljem gornjeg pravila, da se lijevo od smjera kretanja mlazne struje nalazi hladan zrak, a desno topao, ucrtali smo položaje hladnih (H) i toplih (T) zračnih masa tamo gdje su međusobni kontrasti najveći (područja fronti) – slika 5. Učinili smo to usput i za južnu polutku, uz napomenu da je tamo pravilo toplo/hladno vezano za smjer mlazne struje suprotno nego na sjevernoj polutci. Već smo spomenuli, područja gdje je mlazna struja ispupčena od pola prema ekvatoru zovemo dolina (npr. na slici nad Kanadom/SAD, nad sjevernim Atlantikom itd – gdje su slova H – hladno), te područja gdje mlazna struja meandrira od ekvatora prema polu zovemo grebeni (npr. nad Europom, ili kod Labradorskog poluotoka, gdje su slova T – toplo). Znači, u dolinama je hladna zračna masa, u grebenima je topla zračna masa.

Slika 5: Mlazna struja i položaji hladne (H) i tople (T) zračne mase u odnosu na nju

Meandriranje mlazne struje izgleda poput valova, zar ne? Pa, upravo se to meandriranje koje tvori doline i grebene i naziva valovima. Budući da su ti valovi vrlo velikih valnih duljina, zovemo iz planetarnim valovima, ili po znanstveniku koji ih je prvi uočio – Rossbyjevi valovi. Ovih planetarnih valova ima najčešće četiri ili pet, što znači da postoji četiri ili pet velikih grebena i isto toliko dolina ako gledamo hemisferu u cjelini. To je vrlo idealizirani opis stvarnog stanja; valovi mogu biti većih i manjih valnih duljina, intenzivniji ili manje intenzivni… pa potpuna priča  o 4 ili 5 Rossbyjevih valova često nije baš tako “školska”.

Za ovaj tekst nam ostaje kratko pokazati još jedan koncept, a on će nam pomoći odgovoriti na pitanje koje smo si postavili pri početku teksta; imaju li američke polarne hladnoće veze s europskom toplinom? Da bi mogli odgovoriti na to pitanje, malo smo se poigrali u softveru i pomaknuli koordinatni sustav, tj. prikaz kontinenata za 45 stupnjeva zemljopisne dužine prema zapadu u odnosu na stvarnu situaciju. Zračne mase smo ostavili tamo gdje jesu. Pogledajte animaciju (slika 6):

Slika 6: Što bi bilo ako bi “pomakli kontinente” 45° prema zapadu? Kanada/SAD bi došli pod toplu, a Europa pod hladnu zračnu masu, zahvaljujući podesnoj valnoj duljini planetarnih valova.

Drugim riječima, napravili smo isto što bi se dogodilo da su se zračne mase pomakle 45 stupnjeva prema istoku u odnosu na stvarno stanje. S tako dobivene karte možemo vidjeti kakav bi bio razmještaj zračnih masa u odnosu na kontinente, kad bi to zaista tako i bilo! Što primjećujemo? Primjećujemo da bi u tom slučaju Sjeverna Amerika došla pod toplu zračnu masu, a Europa – pod hladnu! Temeljnu sinoptičku situaciju takvog primjera možemo vidjeti na slici 7, gdje smo zumirali pomaknutu sliku i dodali tipične položaje ciklone i anticiklone za takav raspored temperatura zračnih masa.

Slika 7: Nova sinoptička situacija nad Europom nakon zamišljenog “pomaka kontinenta” prema zapadu što je ekvivalentno pomaku zračnih masa u prema istoku.

Znači li to da onda kad je u Sjevernoj Americi hladno da je u Europi toplo, ali i obratno, kad je u Europi hladno da je u Sjevernoj Americi toplo? Na to je pitanje malo teže odgovoriti da jednostavnim “da” ili “ne”. No, s obzirom da planetarni valovi vrlo često imaju valne duljine kakve imaju trenutačno, možemo reći da se takva situacija zaista javlja dosta često. U slučaju kad planetarni valovi poprime drugačije valne duljine, doći će naravno i do drugačijih odnosa temperatura Amerike i Europe…