馬里蘭州坎普斯普林斯國家環境預測中心(海洋預測中心的一部分)的科學和運營官員詹姆斯·帕坦回答道
“地球大氣層包含兩條主要的‘急流’(每個半球各一條)。它們對人類事務產生重大影響。正如我們經常在晚間新聞的天氣預報中聽到的那樣,急流與高壓和低壓天氣模式有關。航空公司飛行員也非常清楚身處或接近急流中的飛機的後果。因此,詳細瞭解急流——其位置、高度和強度——對於現代天氣預報以及更具體的應用(如飛機的安全高效航線規劃)至關重要。
“從流體動力學的定義來看,急流僅僅是比周圍流體速度更高的流體核心(或‘流’)。儘管在數學上描述它們很複雜,但大氣中的急流是地球大氣層中經向(即從赤道到極地)溫度梯度的直接自然結果。在其他具有相似溫度梯度的大氣層行星上也存在類似的流動。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
“溫度梯度源於行星球形表面的差異太陽加熱:表面通常在赤道最暖,並隨著向極地移動而逐漸變冷。地球自轉的離心效應,通常稱為科里奧利力,將熱量從赤道到兩極的南北向輸送偏轉為急流的主要是東西向運動。急流的相對強度或速度與這種熱梯度的強度成正比。在冬季,當赤道到極地的溫差最大時,急流達到其最大速度。在夏季,當赤道和極地之間的溫度梯度小得多時(僅約為冬季值的一半),急流達到其最小速度。
“急流的高度是地球大氣層中溫度垂直和水平分佈的函式。您可能還記得,地球大氣層被分為幾個層,或‘球層’。對流層(拉丁語字面意思是‘ turning’ 或 ‘changing’ sphere)是地球大氣層的最低層,深度從極地附近的約九公里到赤道附近的約十六公里不等。在對流層內,溫度隨高度降低,速率約為每公里攝氏七度。從對流層結束的地方開始,平流層(字面意思是‘layered’ sphere)延伸到大約 45 至 50 公里的高度。平流層內的溫度隨高度升高,這種現象稱為溫度逆增。對流層和平流層之間的過渡層,稱為對流層頂,代表對流層的最冷點。急流就位於這個水平面,正好在對流層頂下方。
“正如在高空天氣圖上可以看到的那樣,急流不會保持從西向東的直線緯向流動,而是呈現出更蜿蜒的外觀,通常會向南或向北急劇下降或上升。這些非緯向運動主要有兩個原因:赤道和兩極之間的溫度梯度以及地球表面陸地的存在。
“赤道和兩極之間產生急流的經向溫度梯度也產生次級大氣環流或渦流。這些渦流被氣象學家稱為‘斜壓波’,與急流具有複雜的相互作用。渦流改變了大氣層內溫度和動能的分佈,這個過程對急流的位置和運動產生了顯著影響。而急流本身也與這些波相互作用,不僅作為一種輸送或引導機制,而且還在於動量和能量向波的傳遞。
“地球原本是水面,但陸地的存在改變了溫度的分佈,因為大陸的加熱和冷卻速度與海洋截然不同。陸地的地形也影響著急流的位置。例如,大型大陸上的山脈和平原顯著影響著大氣溫度的分佈。由於急流是一種熱驅動現象,地球大氣層的三維溫度結構越複雜,急流在過程中就會越‘偏移’。
“瞭解急流將位於何處對於預測天氣系統的運動和演變至關重要。預報過程的第一步是觀測。每天有數千次大氣觀測由民用和軍用飛機、陸地和海上天氣報告站以及船舶和氣象氣球進行。這些觀測有助於確定大氣環流和天氣系統的當前狀態和位置,包括急流。
“然後將這些觀測資料輸入數值天氣預報模型。這些模型吸收了大氣當前狀態的快照,並透過數學方法診斷急流和其他環流和天氣系統將如何隨時間變化。然後,模型的輸出提供給氣象學家,他們運用自己的知識、經驗和專業知識來做出最終預報。”