Je komt het woord straalstroom (Engels: jet stream of polar vortex) steeds meer tegen, ook in mijn weerberichten. Voor de meesten klinkt de term waarschijnlijk bekend in de oren, maar het is een bijzonder interessant thema om eens wat in detail te bespreken. Hoe kan het dat een windsysteem helemaal bovenin de troposfeer op zo’n 10 kilometer hoogte zo belangrijk is voor het (winter)weer in de Alpen? In dit achtergrondartikel probeer ik de volgende vragen te beantwoorden:
- Wat is de straalstroom?
- Zijn er verschillende straalstromen?
- Hoe ontstaat een straalstroom?
- Waarom is de straalstroom belangrijk?
- Wat zijn de gevolgen voor het weer in de Alpen?
- Verandert de straalstroom?
Wat is een straalstroom?
^De wind in de rug:
De straalstroom is de reden waarom vliegtuigen van Noord-Amerika naar Europa doorgaans veel sneller zijn dan de omgekeerde route. Door extreme windsnelheden in de straalstroom werd in februari 2020 een nieuw record gehaald. Een vlucht van New York was binnen 5 uur in Londen gearriveerd, wat normaal ongeveer anderhalf uur langer duurt.
De straalstroom is een band met extreem hoge windsnelheden boven in de troposfeer op ongeveer 10 kilometer hoogte. Er worden snelheden van boven de 100 kilometer per uur gemeten, waarbij soms de windsnelheden zelfs kunnen oplopen tot wel 300 kilometer per uur. De straalstroom is enkele kilometers dik, maximaal enkele honderden kilometers breed, maar kan vaak meerdere duizenden kilometers lang zijn. Een schitterende visualisatie van de jet stream kun je op deze website earth.nullschool.net vinden.
Verschillende straalstromen
Om verwarring te voorkomen is het belangrijk om te vermelden dat er bij het thema straalstromen vaak meerdere die door elkaar worden gehaald. Allereerst heb je een subtropische straalstroom op ongeveer 30 graden noorderbreedte en een polaire straalstroom (op ongeveer 60 graden noorderbreedte. Voor winterweer in de Alpen is de polaire straalstroom belangrijk.
Er zijn twee verschillende polaire straalstromen: eentje ligt in de stratosfeer op ongeveer 30 kilometer hoogte (10 hPa) en eentje boven in de troposfeer op ongeveer 8 tot 10 kilometer hoogte (300 hPa). Hoewel de stratosferische polaire vortex ook zeker invloed kan hebben op het weer op onze breedtegraden (bijvoorbeeld door een sudden stratospheric warming) focussen we in dit artikel eerst op de troposferische straalstroom. Koude uitbraken in de Alpen zijn namelijk vooral te linken aan de lokale afwijkingen van de troposferische straalstroom. In het laatste deel ga ik nog wel even iets dieper in op de polar vortex in de stratosfeer.
Hoe ontstaat de polaire straalstroom?
Het ontstaan van de polaire straalstroom heeft alles te maken met de ongelijke verdeling van de zonne-instraling op aarde. Terwijl de tropenregio’s door hoge energie-input van de zon sterk kunnen opwarmen, staat de zon veel lager in de poolgebieden waardoor het daar kouder blijft. Deze differentiële opwarming is de motor van meerdere luchtbewegingen, waaronder de polaire straalstroom in de troposfeer rond onze breedtegraad.
Als de aarde stil zou staan, zouden deze temperatuurverschillen worden opgeheven door een directe zuidelijke stroming van de tropen naar de noordpool, maar door de draaiing van de aarde (en het bijkomende corioliseffect) wordt deze stroming op het noordelijk halfrond naar rechts afgebogen. De straalstroom verloopt daarom van west naar oost. De straalstroom vormt de grens (het polaire front) tussen warme lucht uit het zuiden en koude polaire lucht uit het noorden en fungeert als een lopende band voor depressies. Hoe groter het temperatuurverschil, des te sterker is de straalstroom.
^Thermische wind:
De windsnelheid neemt met de hoogte toe met een hoogtepunt op ongeveer 8 tot 12 kilometer hoogte, helemaal bovenin de troposfeer. In de meteorologie verklaren we dit met de term thermische wind. De temperatuurgradiënt zorgt voor een sterke toename van de windsnelheid met hoogte.
Het is maar zelden dat de straalstroom mooi rond (zonaal van west naar oost) verloopt; onder andere door het ruwe aardoppervlak kan de straalstroom meanderen. De meanders zorgen voor zogenaamde ruggen en troggen in de straalstroom. Een trog is een uitzakking naar het zuiden en een rug is wanneer de straalstroom naar het noorden meandert. Het zijn deze ruggen en troggen die bij ons het weer zo veranderlijk maken. Onder troggen kunnen lagedrukgebieden ontstaan, terwijl bij ruggen juist hogedrukgebieden voor goed weer kunnen zorgen. De straalstroom, met zijn hoge- en lagedrukgebieden, is de drijvende factor van het weer op onze breedtegraad.
De impact van de straalstroom op het weer in de Alpen
In de winter ontvangen poolgebieden helemaal geen zonlicht, waardoor het hier sterk kan afkoelen. In de tropenregio’s blijft de energie-input van de zon juist vrij constant. Het eerder genoemde temperatuurverschil tussen hogere breedtegraden en de tropen wordt dus nog groter. In de winter ligt de straalstroom daardoor een stuk zuidelijker dan in de zomer. Bovendien zorgen de grote temperatuurverschillen ervoor dat de straalstroom sterker is, waardoor het een bijzonder invloedrijke factor is voor het winterweer in de Alpen.
Als de straalstroom ver naar het noorden ligt, dan liggen de Alpen in de warme sector en is er nauwelijks kans op winterweer. Een meer zuidelijke ligging van de straalstroom opent mogelijkheden voor koud winterweer. Als de Alpen volop in de vuurlinie van de zonaal gerichte straalstroom liggen hebben met name de Westalpen te maken met een opeenvolging van neerslagfronten met doorgaans veel wind en fluctuerende temperaturen. Is de straalstroom meer aan het meanderen, dan kunnen ook de andere delen van de Alpen meer van de neerslag meepikken. Twee voorbeelden voor een Nordstau- en een Südstausituatie heb ik aan de hand van de kaarten hieronder duidelijk gemaakt.
Veranderingen in de straalstroom
Hoe zit het dan met klimaatverandering en de straalstroom? Dat is een vraag die niet zo gemakkelijk te beantwoorden is. Enerzijds kan vertraging van de straalstroom ervoor zorgen dat deze sterker kan meanderen. De vertraging kan worden veroorzaakt doordat het arctisch gebied bijzonder snel opwarmt, de “Arctic amplification”. Omdat het temperatuurverschil tussen het arctisch gebied en de tropen hierdoor aanzienlijk kleiner wordt, kan de straalstroom zwakker worden en meer meanderen. Extremer en standvastiger weer kan hierdoor optreden door onder andere hardnekkigere blokkades. Zowel langdurige droogte en warmte alsook een stevige koude periode met behoorlijk wat sneeuwval zijn mogelijk.
Aan de andere kant zorgt de klimaatverandering er ook voor dat de hogere delen van de tropische troposfeer warmer worden, wat de straalstroom juist weer zou kunnen versterken en ook meer naar het noorden kan laten verschuiven. Er blijft echter nog veel onduidelijk. Welke van de twee verschillende processen dominant is en wat de verschillen zijn per regio en per seizoen behoren tot de vele vragen die tot op heden nog onbeantwoord zijn.
Extra: Stratosferische Polar Vortex en Sudden Stratospheric Warming
Ik heb het nu alleen maar over de troposferische straalstroom gehad, maar zoals ik al eerder zei kan het voorkomen dat bepaalde weersituaties zoals een koude uitbraak ook te koppelen zijn aan veranderingen van de polaire vortex in de stratosfeer. De stratosferische poolwervel op grote hoogte ondervindt nauwelijks invloed van het aardoppervlak en verloopt daarom doorgaans in een mooi rond of elliptisch patroon rondom de noordpool. Een sterke poolwervel betekent dat de koude lucht opgesloten zit in de arctische gebieden. Toch kan deze poolwervel ook soms worden verstoord, met name door een zogenaamde Sudden Stratospheric Warming (SSW).
Het proces is vrij complex, maar de oorzaak van deze rappe opwarming ligt vaak in de troposfeer, waar energie van sterke weersystemen verticaal kan propageren. Deze energie kan het evenwicht van de poolwervel in de stratosfeer zodanig verstoren dat deze in tweeën kan splijten. De kernen van de poolwervel zakken hierdoor noodgedwongen af naar lagere breedtegraden.
Een verstoorde stratosferische polaire vortex kan met een vertraging van enkele weken ervoor zorgen dat de straalstroom in de troposfeer meer kan meanderen, waardoor de kans op winterweer in de Alpen kan worden vergroot. Hier moet duidelijk bij worden gezegd dat dit lang niet altijd zo het geval is. Het is lastig op voorhand te weten wat voor impact zo’n opwarming op 30 kilometer hoogte precies gaat betekenen voor het weer aan het aardoppervlak. Alles moet alsnog op zijn plek vallen om het echt te laten winteren. Het kan namelijk zomaar zijn dat de Alpen langdurig onder invloed zijn van een rug van de meanderende straalstroom wat uiteindelijk juist warme en droge condities kan opleveren.
Lees ook:
Bron: Stendel, M., Francis, J., White, R., Williams, P., Woollings, T. (2021). The jet stream and climate change.