Jugavool

Jugavoolud on Maa atmosfääris ühed tugevamad ja kiirelt voolavad kitsad õhuvoolud, mille kiirus on tavaliselt vahemikus 129–225 kilomeetrit tunnis. Samas võivad jugavoolude kiirus ulatuda ka üle 443 kilomeetri tunnis. Jugavoolud on kiiremad talvel, kui troopiliste, parasvöötme ja polaarsete õhuvoolude temperatuuride erinevused on suuremad. Peamised joavoolud asuvad kaheksa kuni viieteistkümne kilomeetri kõrgusel maapinnast tropopausi kihis. Jugavoolud on suunatud läänest itta ümber maakera ning tekivad kohtades, kus atmosfääris on suured temperatuuri erinevused ja nendes kohtades soojendab Päike Maad ebaühtlaselt.

Põhjapoolkera jugavool võib liikuda kiiremini kui 180 kilomeetrit tunnis. Siin on kõige kiiremad tuuled kujutatud punasena, aeglasemad sinisena

Nii põhja- kui ka lõunapoolkeral on oma polaarkeerise ümber polaarjuga umbes 9,1 km kõrgusel merepinnast ja see liigub tavaliselt kiirusega umbes 180 km/h. Põhjapoolkera polaarjuga voolab üle Põhja-Ameerika, Euroopa ja Aasia keskmiste ja põhjapoolsete laiuskraadide ning nendevaheliste ookeanide. Lõunapoolkera polaarjuga tiirleb enamasti ümber Antarktika. Ekvaatorile lähemal ning mõnevõrra kõrgemal ja nõrgem on subtroopiline juga. Lisaks nendele jugavooludele esineb ka teisi. Näiteks põhjapoolkera suvel võivad troopilistes piirkondades, kus kuiv õhk kohtub kõrgel niiskema õhuga, tekkida idasuunalised jugavoolud.

Jugavoolu laius on tavaliselt paar sada kilomeetrit ja selle vertikaalne paksus sageli alla viie kilomeetri. Jugavoolud on tavaliselt pikkade vahemaade tagant pidevad, kuid ka katkendlikkused on tavalised ning trajektoor nendel on tavaliselt looklev.

Iga suurt lainet jugavoolus nimetatakse Rossby laineks. Rossby lained tekivad Coriolise efekti muutuste tõttu laiuskraadiga. Lühilainelised lohud on väiksemamastaabilised lained, mis asetsevad Rossby lainete peal ja mille pikkus on 1000–4000 kilomeetrit ning mis liiguvad voolumustri kaudu mööda suuremahulisi ehk pikalainelisi „harjasid“ ja „lohke“ Rossby lainete sees.

Lisaks on jugavoolusid leitud ka teiste planeetide nagu Veenuse, Jupiteri, Saturni, Uraani ja Neptuuni atmosfäärides

Avastus

Esimesed viited jugavoolude nähtusele pärinesid Ameerika professorilt Elias Loomiselt (1811–1889), kui ta esitas hüpoteesi võimsast õhuvoolust ülemistes õhukihtides, mis puhub läänest itta üle Ameerika Ühendriikide, et selgitada suurte tormide käitumist.

1920. aastatel tuvastas Jaapani meteoroloog Wasaburo Oishi jugavoolu Fuji mäe lähedalt. Ta jälgis pilootide õhupalle ("pibale"), mida kasutati tuule kiiruse ja suuna mõõtmiseks, kui need õhku tõusid. Oishi töö jäi väljaspool Jaapanit suures osas märkamatuks, kuna see avaldati esperanto keeles, kuigi kronoloogiliselt tuleb teda joavoolude teadusliku avastamise eest tunnustada.

1944. aasta novembris hakkasid jaapanlased mehitamata pomme kandvaid õhupalle välja laskma, mis pidid teoreetiliselt ette nähtud joavoolu tuultega üle Vaikse ookeani Põhja-Ameerikasse liikuma. Mõned õhupallid jõudsid USA-sse ja Kanadasse, mille abil oleksid jaapanlased tõestanud joavoolu olemasolu, kuid see jäi neil tegemata. Teine maailmasõda oli peaaegu läbi, kui Ameerika Ühendriigid tutvustasid esimest kõrgmäestikupommitajat, lennukit nimega Boeing B-29. See suutis lennata kõrgusel, mis oli tunduvalt üle 7 kilomeetri. Kui B-29-d Vaikse ookeani saare baasist teenistusse võeti, määrati kaks õhuväe meteoroloogi koostama tuuleprognoose lennukite operatsioonideks sellistel kõrgustel. Ennustuste tegemiseks kasutasid meteoroloogid peamiselt pinnavaatlusi ja termilist tuult. Termilise tuule seos väidab, et kui seisate seljaga tuule poole ja õhk on vasakul külmem ja paremal soojem, siis tuule kiirus teie seljal atmosfääris tõustes tugevneb. Seda seost kasutades ennustasid meteoroloogid läänest puhuvat 168-sõlmelist tuult. Nende ülem ei suutnud ennustust uskuda, pidades tuule kiirust liiga kõrgeks. Järgmisel päeval teatasid B-29 piloodid aga ennustuse kohaselt läänest puhuvast 170-sõlmelisest tuulest. Jugavool, nagu seda hiljem kutsutakse, avastati.

Jugavoolude teke

Jugavoolud tekivad mitmete atmosfääritegurite ja -dünaamika keerulise koosmõju tulemusena. Need tekivad peamiselt sooja ja külma õhumassi kontrasti tagajärjel, mida mõjutavad mitmesugused elemendid, nagu Maa pöörlemine, temperatuurigradiendid ja atmosfäärirõhu erinevused.

Jugavoolud tekivad erinevate õhumasside piiridel, kus temperatuurierinevused on märkimisväärsed. Näiteks polaarne jugavool tekib polaarsete õhumasside ja soojema keskmiste laiuskraadide õhu piiril, samas kui subtroopiline jugavool tekib troopilise sooja õhu ja jahedama keskmiste laiuskraadide või polaarse õhu kokkupuutepunktis.

Maa pöörlemine põhjustab Coriolise efekti, mis suunab liikuvaid õhumasse põhjapoolkeral paremale ja lõunapoolkeral vasakule. See efekt mõjutab joavoolude teket ja suunda, aidates kaasa nende looklevatele trajektooridele ja mustritele. Erinevate piirkondade õhurõhu erinevused tekitavad rõhugradiente. Sellest tulenevad atmosfäärirõhu kõikumised põhjustavad õhumasside liikumist, aidates kaasa joavoolude tekkele ja püsimisele.

Maa atmosfääri tsirkulatsioon, sealhulgas Hadley, Ferreli ja polaarrakud, aitavad kaasa jugavoolude tekkele. Need ulatuslikud tsirkulatsioonimustrid loovad tõusva ja vajuva õhu tsoone, mis omavahel suheldes tekitavad jugavoolude tekkeks vajalikke temperatuurikontraste.

Hadley rakk

Hadley rakk tegutseb troopikas, ligikaudu ekvaatori ja 30° laiuskraadi vahel mõlemal poolkeral. Ekvaatori lähedal tõuseb soe õhk intensiivse kuumenemise tõttu, moodustades madalrõhkkonna. Tõustes soe õhk jahtub ja kondenseerub, vabastades niiskust ja tekitades ekvaatori lähedal tugeva vihmasajuga alasid. Seejärel liigub õhk suurtel kõrgustel pooluste poole, enne kui laskub umbes 30° laiuskraadile, luues kõrgrõhkkonna alasid. Hadley rõhkkond aitab oluliselt kaasa troopiliste troopikavahede konvergentsivööndi tekkele, mis on madalrõhkkonna vöönd, kuhu põhja- ja lõunapoolkera tuuled koonduvad. Selles vööndis on rohkelt sademeid ja see on seotud troopiliste vihmametsadega.

Ferreli rakk

Ferreli rakk asub mõlemal poolkeral ligikaudu 30° ja 60° laiuskraadi vahel. Ferreli rakk piirneb Hadley rakuga 30° laiuskraadil. Hadley rakust lähtuv õhk laskub umbes 30° laiuskraadil, tekitades kõrgrõhkkonna alasid. Sellel laiuskraadil liigub õhk Maa pinna lähedal asuvate pooluste poole, tekitades Ferreli raku. Coriolise efekti tõttu aga see õhk kaldub kõrvale ja moodustab läänetuuled, mis on levinud keskmistel laiuskraadidel. Ferreli rakule on iseloomulik polaarsete ja troopiliste õhumasside vastastikmõju, mis viib keskmiste laiuskraadide ilmastikusüsteemide, sealhulgas ekstratroopiliste tsüklonite ja läänetuulevööndi tekkeni.

Polaarrakk

Polaarrakk tegutseb umbes 60° laiuskraadil mõlema poolkera poolusteni. Kõrgetel laiuskraadidel laskub õhk alla ja moodustab pooluste lähedal kõrgrõhualasid. See külm ja tihe õhk liigub maapinna lähedal madalamate laiuskraadide poole, kuid selle liikumisteed mõjutab taas Coriolise efekt, mis viib polaarsete idatuulede tekkeni. Polaarrakk aitab suunata polaarseid idatuuli, mis on kõrgetel laiuskraadidel valitsevad tuuled. Need tuuled aitavad kaasa ringlusmustritele ja aitavad määratleda piire polaarsete õhumasside ja keskmiste laiuskraadide õhumasside vahel, mõjutades ilma nendes piirkondades.

Nende kolme raku vastastikmõju kujundab globaalseid tsirkulatsioonimustreid, mõjutades õhumasside liikumist, valitsevate tuulte teket ja peamiste kliimavööndite teket Maal.

Jugavoolude tüübid

Kaks peamist tüüpi joavoolu, mis enamasti tekivad, on subtroopilised ja polaarsed joavoolud. Need subtroopilised ja polaarsed joavooluKaks peamist tüüpi joavoolu, mis enamasti tekivad, on subtroopilised ja polaarsed joavoolud. Need subtroopilised ja polaarsed joavoolud tekivad nii põhja- kui ka lõunapoolkeral. Subtroopiline joavool asub umbes 30° laiuskraadil ja polaarse joavoolu asukoht varieerub parasvöötme ja polaarpiirkondade vahel. Polaarne joavool on tugevam kui subtroopiline joavool, kuna Coriolisi efekt suureneb kõrguse kasvades.d tekivad nii põhja- kui ka lõunapoolkeral. Subtroopiline joavool asub umbes 30° laiuskraadil ja polaarse joavoolu asukoht varieerub parasvöötme ja polaarpiirkondade vahel. Polaarne joavool on tugevam kui subtroopiline joavool, kuna Coriolisi efekt suureneb kõrguse kasvades.

Polaarne jugavool

Polaarsed jugavoolud paiknevad tavaliselt 250 hPa rõhutaseme lähedal ehk 9,1 km kõrgusel merepinnast. Polaarne jugavool on seotud kõrgema laiuskraadi külma ja madalama laiuskraadi sooja õhu piiriga, mida nimetatakse polaarrindeks. Oma seose tõttu pinnailmastiku süsteemide ja iseärasustega pakub polaarrinde jugavool ilmaennustajatele erilist huvi. Polaarrinde jugavool on osa üldisest ülemise õhuringlusest keskmistel laiuskraadidel, kus tuuled puhuvad üldiselt läänest itta laiade põhja- ja lõunasuunaliste kõikumistega. Antud tuuled moodustavad hiiglasliku lainelise mustri ümber maakera.

Polaarrinde jugavoolu maksimaalsed tuulekiirused võivad ulatuda kuni 400 kilomeetrini tunnis ning keskmine asukoht muutub hooajaliselt. Talvel on selle asukoht tavaliselt madalamal kõrgusel ja madalamal laiuskraadil kui suvel. Kuna põhja-lõuna temperatuuride kontrastid on talvel suuremad kui suvel, on polaarrinde jugavoolu tuuled talvel kiiremad kui suvel. Polaarrinde jugavoolu väikeseid lõike, kus tuuled saavutavad oma suurima kiiruse, tuntakse jugavoolutriipudena. Üle Ameerika Ühendriikide on polaarrinde jugavoolus tavaliselt üks või kaks jugavoolutriipu.

Polaarrinde jugavoolu tekke aluseks on füüsikaline omadus, et soe õhk on vähem tihe kui külm õhk, kui mõlemad on sama rõhu all. Polaarfront kujutab endast piiri kõrgemate laiuskraadide külma õhu ja madalamate laiuskraadide sooja õhu vahel. See temperatuurikontrast ulatub Maa pinnalt kuni polaarrinde joavoolu kõrguseni. Õhurõhu määrab kohal oleva õhu kaal. Polaarrinde läheduses langeb õhurõhk tihedamas külmas õhus kiiremini kõrguse kasvades kui vähem tihedas soojas õhus. Temperatuuri mõju õhutihedusele põhjustab õhurõhu mis tahes kõrgusel kõrgemaks polaarrinde soojal poolel kui külmal poolel. Kui külm ja soe õhk esinevad kõrvuti, siis mida kõrgem on kõrgus, seda suurem on rõhu erinevus külma ja sooja õhu vahel samal kõrgusel. Polaarfrondi ülemistel tasanditel põhjustavad horisontaalsed rõhuerinevused õhuvoolu frondi sooja õhu poolelt külma õhu poole. Ülemise taseme õhk, mis voolab pooluste suunas kõrgema rõhu alt madalama rõhu poole, kaldub põhjapoolkeral paremale (või lõunapoolkeral vasakule). Tulemuseks on jugavool, mis voolab üldiselt itta, paralleelselt polaarfrondiga ja selle kohal.

Polaarrinde jugavool esineb kohtades, kus külm õhk ja soe õhumass puutuvad kokku. Seega on ilm suhteliselt külm, kui polaarrinde jugavool on vaatleja asukohast lõunas, ja suhteliselt soe, kui jugavool on vaatleja asukohast põhjas. Polaarrinde jugavool võib soodustada tormide teket. Tormid tekivad kõige tõenäolisemalt jugavoolu all. Planeedilise läänetsirkulatsiooni osana juhib polaarrinde jugavool torme üle kogu maa. Seega liiguvad tormid üldiselt läänest itta.

Subtroopiline jugavool

Subtroopiline jugavool asub troopilise ja keskmise laiuskraadi atmosfääriringluse vahel. Kuigi see pole selgelt seotud pinnailmastiku iseärasustega, ulatub see mõnikord isegi Lõuna-Ameerika Ühendriikidesse. See on oluline atmosfääri niiskuse transportija tormisüsteemidesse.

Subtroopiline jugavool tekib Coriolise jõu ja troopiliste ning subtroopiliste piirkondade temperatuurikontrasti tõttu. Ekvaatoril tekitab pöörlemine atmosfääris suurima kiiruse. Selle tulemusena liigub põhja ja lõuna suunas leviv tõusev õhk kiiremini kui laiuskraadid, mille kohal see puhub. Põhjapoolkeral kaldub see paremale ja lõunapoolkeral vasakule ning umbes 30° laiuskraadil kontsentreerub see subtroopiliste jugavooludena.

Talvel on subtroopiline jugavool peaaegu pidev mõlemal poolkeral. Lõunapoolkeral eksisteerib see aastaringselt. Põhjapoolkeral on see aga suvel.

Subtroopiline jugavool võib ajutiselt nihkuda, kui tugevad keskmiste laiuskraadide lohud ulatuvad subtroopilistele laiuskraadidele. Selliste nihete tekkimisel võib subtroopiline joa ühineda polaarfrondi joaga. Lisaks on subtroopiline jugavool seotud tihedalt India ja Aafrika suviste mussoonidega. Samas arvatakse, et subtroopiline joavool, mis ümbritseb ookeani keskosa ülemise lohu alust on üks põhjusi, miks enamik Hawaii saari on olnud vastupidavad pikale nimekirjale Hawaii orkaanidest.

Jugavoolude olulisus

Jugavooludel on ilmastiku määramisel oluline roll, sest need suunavad sageli kõrg- ja madalrõhkkondade liikumist. Need süsteemid vastutavad meie igapäevase ilma eest. Näiteks kui jugavool langeb märkimisväärselt lõuna poole, võib see lasta külmal polaarõhul endaga lõunasse söösta, põhjustades temperatuuri langust. Vastupidi, kui see liigub põhja poole, võib see tõmmata ligi sooja troopilist õhku, mis viib temperatuuri tõusuni.

Lisaks võib jugavool mõjutada tormide teket ja kulgu. Paljud tormid järgivad jugavoolu trajektoori, mis viib ilmastikumustrite muutusteni. Näiteks talvel nihkub polaarne joavool lõunasse ja juhib ilmastikusüsteeme, mis toovad paljudesse maailma paikadesse lund ja külma temperatuuri.

Jugavoolu kiirus ja suund mõjutavad samuti ilmastikusüsteemide kiirust. Kiire joavool võib tähendada kiiresti liikuvaid ilmamustreid, samas kui aeglane jugavool võib viia pikemate sama ilma perioodideni.

Jugavoolud võivad kanda ilmastikusüsteeme üle kogu maailma, siis kannavad nad näiteks kannavad nparasvöötme tsükloneid USA idarannikult Euroopa läänerannikule. Nende olemasolu ja eemaldumine Gangese tasandike kohal mõjutab otseselt mussoonvihmade mustrit Indias.

Ilmasatelliidid, näiteks geostatsionaarsed operatiivsed keskkonnasatelliidid R-seeria, kasutavad atmosfääris veeauru tuvastamiseks infrapunakiirgust. Selle tehnoloogia abil saavad meteoroloogid tuvastada jugavoolude asukohta. Jugavoolude jälgimine aitab meteoroloogidel kindlaks teha, kuhu ilmastikusüsteemid järgmisena liiguvad.

Jugavoolud võivad kanda osoonikihti kahandavaid aineid atmosfääris kõrgemale stratosfääri. See vertikaalne õhuringlus põhjustab õhu kiiret segunemist troposfääri ja stratosfääri vahel, mis aitab transportida inimtekkelisi saasteaineid troposfäärist stratosfääri.

Hiljutised kliimamuutuste uuringud on tõestanud seost jugavoolude ja katastroofide, näiteks üleujutuste, tulekahjude ja tsüklonite vahel.

Lisaks on jugavoolud olulised ka lennunduses. Kui lennuk lendab võimsas jugavoolus ja nad liiguvad samas suunas, saab lennuk tõuke, mis vähendab kütusevajadust. Vastupidine suund võib põhjustada turbulentsi ja takistust.