Staalstroom bepaalt weer - Wat is de jet stream?

De straalstroom is één van de sterkste winden die op aarde waait. Een jet stream is een krachtige buisvormige windstroom die is gebundeld langs een bijna horizontale as in de bovenste troposfeer of in de onderste stratosfeer. Er zijn meerdere straalstromen: de belangrijkste zijn de arctische- of polaire jet en de subtropische jet. De eerste beïnvloedt het weer in Noordwest-Europa. Straalstroom is een synoniem voor jet stream.

Straalstromen voeren van west naar oost en kunnen wel windsnelheden bereiken van meer dan 350 kilometer per uur. Dit wordt een zogenaamde "jet streak" genoemd. Wanneer de afstand tot de windstroom afneemt, neemt de snelheid echter zeer snel af. Piloten gebruiken deze jet streams om mee te vliegen met de wind, omdat dit brandstof en tijd bespaart. Vanaf de grond is de jet te herkennen aan extreem snel bewegende sluierbewolking (cirrus).

De straalstroom is een geofysisch effect die ontstaat door het temperatuurverschil tussen de noordpool of zuidpool en de evenaar, doordat de zon de aarde overal verschillend opwarmt. De polaire straalstroom scheidt daarbij de warme lucht bij de evenaar van de koude poollucht in het noordpoolgebied. De warme lucht stijgt boven de evenaar heel ver naar boven. De koude lucht in het noordelijke halfrond is daarentegen aanzienlijk compacter en dus zwaarder. Deze lucht hoopt zich meer richting het aardoppervlak op. De zeer sterke wind die ontstaat, waait zo van de evenaar naar de polen.

Op weg naar het noorden wordt de wind door de rotatie van de aarde, het zogenaamde Corioliseffect, naar rechts afgebogen. Het gevolg is de van west naar oost stromende straalstroom. Door de grote temperatuurcontrasten tussen land, water en bergen, gaat de jet stream vervolgens meanderen. Er ontstaan zogenaamde hoogtetroggen en -ruggen in het golvende patroon, die evenals van het westen naar het oosten voeren en ons weer bepalen. In de golvende trog vormt zich nadien een lagedrukgebied en in de hoogterug een hogedrukgebied.

Wist je al?

De jet stream kan soms wel een snelheid bereiken van 500 kilometer per uur.

In de Ferrelcel stijgt de lucht op naar sub polaire breedtegraden, maar in tegenstelling tot dat, daalt de lucht in het subtropisch gebied (30° noorderbreedte en 30° zuiderbreedte). Dienovereenkomstig, ontmoeten deze luchtmassa’s van de poolgebieden en de passaat elkaar in dit gebied. Dicht bij de grond en op hoogte wordt de circulatie gesloten door compensatiestromen: op hoogte stroomt de koude lucht van de polaire frontale zone naar de subtropen. Vervolgens stijgt de lucht aan de koude kant op en daalt de lucht in de warme sector. Men spreekt dan van een indirecte thermische circulatie.

Het temperatuurverschil tussen de poolgebieden en de evenaar is bijzonder groot in het gebied tussen 35° en 60° noorder- of zuiderbreedte. Dit deel van de atmosfeer staat bekend als de frontale zone. De wind die naar evenwicht streeft, waait van de evenaar naar de polen, dat wil zeggen van hoge druk naar lage druk.

De lucht wordt op weg naar het noorden naar rechts afgebogen op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond vanwege de rotatie van de aarde. Het resultaat is een geofysisch evenwicht zodra de stroming parallel loopt met de drukgradiënt.

De jet bepaalt het weer aan de grond en breekt tot de onderste luchtlagen door. Hierdoor ontstaan er zogenaamde dynamische drukgebieden. De lagedrukgebieden in de onderste luchtlagen trekken naar het oosten met een snelheid van zo’n 50 kilometer per uur. Meteorologen volgen het verloop en positie van de straalstroom en kunnen zo voorspellen waar een lagedrukgebied zal ontstaan en welke richting deze aanneemt.

Straalstromen zijn vaak opgedeeld in talrijke secties en takken. Deze zijn meestal een paar duizend kilometer lang en paar honderd kilometer breed. Jet streams hebben verschillende maximale snelheden. Het gebied met de straalstroom- of de zogenaamde straal-as. Deze lopen zelden volledig horizontaal en zijn meestal zo’n 50 tot 100 kilometer breed. Omdat er in hogere luchtlagen geen wrijving optreedt, kunnen daar sterke winden op hoogte ontstaan.

Temperatuurcontrasten tussen land, water en bergen zorgen ervoor dat de straalstroom gaat meanderen. Dit gebeurt wanneer de jet een kritische snelheid overschrijdt. Als gevolg hier van ontstaat er een kronkeling zoals in een rivier. Daarbij ontstaan er zogenaamde hoogtetroggen en hoogteruggen. Deze trekken van west naar oost en bepalen het weer. In de trog ontstaan lagedrukgebieden die gepaard gaan met wolken en regen. In de rug ontstaan hogedrukgebieden die worden gekenmerkt door droog en zonnig weer.

Terwijl de straalstroom meandert, ontwikkelen er zich lange golven. Deze worden "Rossby-waves" genoemd. Meestal bevinden er zich drie tot vijf van deze golven in de omtrek van de aarde. De golflengte (amplitude) kan enkele duizenden kilometers bereiken. Wanneer deze golven zich snel voortbewegen, kunnen ze zichzelf afsnoeren. Zo ontstaan er dan nieuwe lage- en hogedrukgebieden.

Een afgesnoerd lagedrukgebied wordt ook wel een "cut-off low" genoemd. Een hoog die zich dan zelfstandig ontwikkelt, blokkeert de westelijke stroming en wordt een "blocking high" genoemd (Omega-blokkade). De formatie van dergelijke lagen en hogen vindt vaker op het noordelijk halfrond plaats, aangezien er meer bergketens zijn die de turbulentie bevorderen.

De polaire jet scheidt polair lucht van subtropische lucht. Deze luchtmassa’s en diens bewegingen zijn ingebed in het planetaire circulatiesysteem. De polaire jet hangt samen met het polaire front, de grens tussen koude lucht in het noorden en warme lucht in het zuiden.

De polaire jet verandert gedurende het jaar van positie. In de zomer bevindt de polaire jet zich op een gemiddelde geografische breedtegraad van ongeveer 65°. In de winter ligt het echter aanzienlijk zuidelijker tot ongeveer 45° noorderbreedte. Het maximum vindt plaats in de winter, omdat dan de temperatuurcontrasten in de lucht groter zijn dan in de zomer.

De polaire jet is onze weermotor. Het laat lagedrukgebieden in kracht toenemen. De jet stream is vergelijkbaar met een snelweg waarop het ene laag na het andere laag zich vormt. De straalstroom loopt bij voorkeur van de Britse Eilanden via Nederland en Polen naar Rusland. Dit gebeurt min of meer in een kronkelig patroon. Soms is de straalstroom breed, maar soms ook zeer smal. De jet kan ver naar het zuiden of noorden meanderen en zo grote golven vormen. Dit betekent dat warme subtropische lucht zich mengt met de koude polaire lucht.

In Noordwest-Europa is de zomer warm en consistent wanneer de jet over Noord-Europa stroomt. Dan wordt de weg vrijgemaakt voor warme lucht uit de Middellandse Zee. Er treedt stabiel zomerweer op door een krachtig hogedrukgebied. De jet stream splitst zich vervolgens in een zuidelijke en noordelijk tak, waarbij lagedrukgebieden zich beperken tot Noord- en Zuid-Europa. Dit is de omegablokkade. Als de jet over Midden-Europa stroomt, leidt dit tot een wisselvallige zomer met veel wind en regen.

In vergelijking met de polaire jet, heeft de subtropische jet een lagere windsnelheid en verandert hij nauwelijks van positie. Deze straalstroom vormt zich alleen in de wintermaanden en stroomt van west naar oost op ongeveer 20° tot 35° noorderbreedte. De subtropische jet scheidt de subtropische luchtmassa van de tropische lucht en blaast op een hoogte van 12 kilometer over de hogedrukgordel van de subtropen. Deze specifieke jet is eveneens veel constanter dan de polaire jet en stroomt gesloten rond de hele aardbol.

Er waait ook een jet over de tropen, de zogenaamde tropsiche of equatoriale jet. Deze ontstaat in het gebied van de intertropische convergentiezone (ITCZ), waar de noordelijke en zuidelijke Hadleycellen samenkomen.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de opwarming van de Noordpool de straalstroom kan verzwakken. Dit kan leiden tot extreme weersomstandigheden.

Doordat het noordpoolgebied aanzienlijk opwarmt, zijn de temperatuurcontrasten tussen de subtropen en poolgebieden lager en zo nemen de windsnelheden van de sterke jet stream af. Het resultaat is dat de straalstroom heel sterk gaat meanderen met lange golven tot gevolg. Deze golven zijn meer uitgesproken en bewegen zich niet meer zo snel voort. In het gebied van een hoogterug treedt er dan een langere periode met hitte op. Een hoogtetrog die helemaal naar het zuiden afzakt, kan leiden tot extreem winterweer. Ook gaat dit vaak gepaard met zeer veel neerslag en zware onweersbuien.

Een prominente El-Niño in de Stille Oceaan kan de straalstroom op gemiddelde breedtegraden verstoren. Wanneer de temperatuur van het zeeoppervlak stijgt tijdens een El-Niño-fase in de oostelijke Stille Oceaan, verhoogt dit de verdamping en convectie. De warmte die daarbij vrijkomt bereikt de hogere tropische troposfeer.

Dit proces versterkt de Hadleycel, die vervolgens de vrijgekomen energie verdeelt naar de Polen in de bovenste troposfeer. Hierdoor neemt het temperatuurverschil tussen tropen en polen toe en zo dus ook de kracht van de jet stream. Er ontstaan krachtige lagedrukgebieden, die een lichte afkoeling van de troposfeer op de middelste breedtegraden veroorzaken.