Attribution of storm track activity to instantaneous upper-level jets yields new insights into the North Pacific midwinter minimum

De atmosfeer boven de gematigde breedtegraden is nooit stil. Het is een rusteloze rivier van lucht die weersystemen van west naar oost voert. Binnen deze stroming bepalen twee verschillende kenmerken het weer dat wij ervaren: de straalstroom en de stormbaan. De straalstroom is een smal, krachtig lint van snel bewegende wind hoog in de lucht, dat fungeert als een stuurwiel voor weersystemen. De stormbaan is het pad dat deze systemen afleggen, een corridor waar lagedruksystemen, of cyclonen, worden geboren, groeien en reizen. Deze stormen brengen de regen, sneeuw en wind die onze seizoenen vormgeven. Wetenschappers weten al lang dat de kracht van deze stormen meestal afhangt van hoe groot het temperatuurverschil is tussen de koude polaire lucht en de warme tropische lucht. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe meer energie er beschikbaar is om de stormen aan te drijven.

De natuur tart echter soms de eenvoudige logica. In de Noordelijke Stille Oceaan, een regio die bekend staat om zijn hevige winterstormen, gebeurt er iets vreemds. Naarmate de winter dieper wordt en het temperatuurverschil tussen noord en zuid zijn piek bereikt, wordt de straalstroom op zijn sterkst. Volgens alle standaardregels zou dit de tijd van maximale stormactiviteit moeten zijn. Toch gebeurt het tegenovergestelde. Tijdens het hart van de winter zwakt de stormbaan feitelijk af en bereikt een rustig minimum, precies op het moment dat de atmosferische motor op vol vermogen draait. Deze contra-intuïtieve dip heeft onderzoekers decennialang gepuzzeld en leidde tot veel theorieën over waarom de atmosfeer haar eigen meest energieke motor lijkt uit te schakelen.

Een nieuwe studie door Satoru Okajima en Thomas Spengler biedt een nieuw perspectief op dit mysterie door de manier waarop we naar de straalstroom zelf kijken te veranderen. In plaats van de straalstroom te behandelen als een enkele, constante gemiddelde die de hele winter bestaat, onderzochten de onderzoekers de straalstroom moment voor moment. Ze ontdekten dat wat wij zien als een enkele, samengevoegde straalstroom, eigenlijk een statistisch gemiddelde is van twee zeer verschillende soorten windlinten die op verschillende momenten verschijnen. Het ene type is de subtropische straalstroom, die dichter bij de evenaar ligt en wordt aangedreven door de rand van de tropische luchtcirculatie. Het andere is de polaire frontale straalstroom, die verder naar het noorden ligt en direct wordt aangedreven door de botsing tussen koude en warme luchtmassa's.

De onderzoekers gebruikten geavanceerde computeranalyses om door decennia aan weerdata te zoeken, waarbij ze precies identificeerden wanneer en waar elk van deze twee typen straalstromen aanwezig was. Ze ontdekten dat in de Noordelijke Stille Oceaan tijdens de diepe winter de subtropische straalstroom de dominante speler is, die veel vaker voorkomt dan zijn polaire tegenhanger. De frequente aanwezigheid van de subtropische straalstroom creëert de schijn van een enkele, sterke, samengevoegde straalstroom wanneer deze als een langetermijngemiddelde wordt bekeken. De subtropische straalstroom gedraagt zich echter anders dan de polaire straalstroom. Hoewel hij ongelooflijk snel is en zich boven een gebied met sterke temperatuurcontrasten bevindt, is hij verrassend inefficiënt in het genereren van stormen. De studie laat zien dat, hoewel de subtropische straalstroom een krachtige achtergrondwind creëert, hij die kracht niet vertaalt naar grote, energieke stormsytemen.

In contrast hiermee, wanneer de polaire frontale straalstroom verschijnt, is deze veel beter in staat om stormen aan te drijven, maar hij komt in de diepste winter veel minder vaak voor in de Noordelijke Stille Oceaan. De onderzoekers merkten ook op dat wanneer de polaire frontale straalstroom in het midden van de winter verschijnt, deze veel smaller en compacter gewonden is dan op andere momenten van het jaar. Deze compactheid onderdrukt de groei van stormen zelfs nog verder. De combinatie van deze factoren verklaart het midwinterminimum. De rustige periode wordt niet veroorzaakt door een gebrek aan energie of een falen van de atmosfeer om te reageren op temperatuurverschillen. In plaats daarvan is het het result van het feit dat de atmosfeer het grootste deel van de tijd in een staat verkeert — de dominantie van de subtropische straalstroom — die simpelweg slecht is in het omzetten van beschikbare energie in stormactiviteit.

Deze bevinding daagt de langgehouden visie uit dat de straalstroom een uniforme entiteit is die simpelweg sterker of zwakker wordt. De studie suggereert dat het "midwinterminimum" een reflectie is van een seizoensgebonden verschuiving in het type straalstroom dat de regio domineert. In de Noord-Atlantische Oceaan is het verhaal anders; daar blijft de polaire frontale straalstroom de dominante kracht gedurende de hele winter, wat verklaart waarom de stormactiviteit daar piekt wanneer het seizoen het koudst is. De Noordelijke Stille Oceaan wordt echter geregeerd door een ander ritme. De onderzoekers concluderen dat om echt te begrijpen waarom stormen zich zo gedragen als ze doen, wetenschappers verder moeten kijken dan de gemiddelde omstandigheden en nauwlettend aandacht moeten besteden aan de specifieke, instantane toestanden van de wind. Door te erkennen dat de straalstroom een verschuivend mozaïek van verschillende typen is, in plaats van een enkele vaste functie, krijgen we een duidelijker beeld van waarom de stormen in de Noordelijke Stille Oceaan midden in de winter een pauze inlassen.