Vindenes mysterier IV.

I begyndelsen af 1950erne udførte nogle forskere ved University of Chicago et meget enkelt forsøg, idet de grafisk demonstrerede Rossbys teori ved at anbringe en almindelig opvaskebalje på en drejeskive. De udstyrede vaskebaljen med et apparat, der afkølede dens centrum og ophedede dens kant, hvorefter de hældte 23 cm vand ned i den. De tilførte noget aluminiumspulver for at vise, hvordan væskens overflade reagerede og noget farvestof for at vise bevægelse under overfladen. Så monterede de et overheadkamera, som roterede med drejeskiven for at registrere partikelbevægelserne i vandet. Drejeskivens rotation simulerede jordrotationen og vandet den atmosfæriske cirkulation. Vaskebaljens kolde centrum skulle foregive en af polerne og dens kant de varme troper.

Når vaskebaljen stod stille, bevægede metalpartiklerne sig opefter på grund af varmestrømningen fra den opvarmede kant ind mod det kolde centrum og sank derefter ned og vendte tilbage til kanten. Man havde demonstreret den klassiske Hadleycelle. Når baljen sattes i langsom rotation, bevægede partiklerne sig stille og roligt rundt og bøjede af på grund af Coriolis' kraft på en måde, som stadig mindede om Hadleys cirkulationsmodel. Men når rotationshastigheden blev fordoblet for at få den til at svare mere til Jordens rotation, indtraf der en pludselig forandring. Cirkulationscellen vist gennem partiklerne forblev stort set den samme, men midtvejs mellem baljens kant og centrum, dvs. det område, der skulle repræsentere de mellemste breddegrader, dannede partiklerne en bølgelinje, som i grove træk fulgte baljens periferi. Farvestoffet afslørede nogle horisontale hvirvler og malstrømme neden under bølgelinjen, og som svarede til atmosfærens cykloner og anticykloner.

Således blev det bekræftet, at væsker har en naturlig tendens til ustabilitet i en mellemzone mellem temperaturyderpunkter på et roterende legeme som f.eks. Jorden. Denne ustabilitet er kilden til cykloner og anticykloner, hvorom man nu ved, at de udfører en stor del af arbejdet med at befordre varme fra troperne til polerne. Den zoneagtige lufttrykgradient, der vipper mod polerne ved store højder, og turbulensen, der følger de almindelige love om væskers dynamik, er langt mere udtalt på de mellemste breddegrader end Ferrels lodrette cellemodel.

Der indgik imidlertid også et andet mærkeligt element i fotografierne af baljeforsøget. Langs med cirkulationens bølgende mønster i midterzonen viste sig en tungere samling af striber, der så ud som en slags flod, som snoede sig rundt i baljen. Den bugtede sig frem mellem turbulensområderne og ændrede hyppigt kurs, men den var der hele tiden. Forskerne forbandt straks dette besynderlige fænomen med en mærkelig vind, som bombepiloter var stødt på nogle få år forinden under 2. verdenskrig.

Den 24. november 1944 havde 94 B-29-bombefly, »flyvende fæstninger«, kurs mod Tokyo under krigens første massive bombeangreb mod hovedstaden i det japanske rige. I en højde på mellem 27.000 og 33.000 fod drejede flyene østpå over Fujiyama og indledte deres bombeindflyvning. Pludselig opdagede piloterne, at de drønede af sted hen over landmærkerne med en distancefart på 725 km i timen eller 150 km hurtigere end flyenes teoretiske tophastighed. Da de fleste af bombekasterne havde fundet deres mål, var det for sent at tage højde for flyenes forøgede hastighed. Ud af de 1000 nedkastede bomber var der kun 48, der faldt blot i nærheden af målene. Fra en militær synsvinkel havde missionen været en fiasko, men meteorologerne var fascinerede over opdagelsen af en luftstrøm, som stormede østpå med 225 km i timen.

Efter krigen kunne videnskabelige undersøgelser med højtflyvende fly og balloner bekræfte tilstedeværelsen af bælter med hurtigt strømmende luft i en bredde af 300-500 km og med en tykkelse på indtil 3 1/2 km, som bugter sig rundt om Jorden i højder på mellem 9000 og 13.000 meter. Vindenes gennemsnitshastighed i disse jetstrømme, som de kaldes, ligger på mellem 100 og 185 km i timen, og man har målt hastigheder på henved 500 km i timen. Foruden dem, der blev opdaget af bombeflyene over Japan, forekommer der jetstrømme over subtroperne og højt oppe i stratosfæren over polaregnene.

Den fortsatte forskning viste, at disse strømme forekommer, hvor forandringerne i de egentlige igangsættere af vindstrømme, temperatur og lufttryk, er mest drastisk. Det sker som regel nær tropopausen langs med grænselaget mellem halvkuglernes tempererede zoner. Det blev mere og mere indlysende, at jetstrømmene udgør et nødvendigt led i processen med hurtigt at overføre varmeenergi fra ækvator mod polerne for at opnå varmebalance. Man fik en bedre forståelse af deres rolle i denne proces i løbet af 1950erne, da forskerne ved hjælp af computere blev i stand til at konstruere matematiske modeller af de implicerede kræfter. Jetstrømmene sås nu i et nyt lys som en direkte konsekvens af loven om opretholdelse af drejningsmoment.

Denne fysiske lov lader sig nemmest illustrere ved en skøjteløber, der drejer langsomt rundt med udstrakte arme og trækker armene indefter, hvorved rotationshastigheden sættes drastisk i vejret. Sagt kort går loven ud på, at et roterende legeme øger hastigheden, når det nærmer sig rotationscentret. I lighed med en kunstskøjteløbers arme vil luftrotationen om Jorden ved ækvator øges, efterhånden som den bevæger sig mod polerne. Når der ikke findes andre kræfter, øges hastigheden konstant, indtil de kraftige vinde vedvarende hamrer mod polarområderne.

Men ligesom når kunstskøjteløberen til sidst sætter farten ned og stopper, til dels på grund af gnidningsmodstanden mod isen, får gnidningsmodstanden vindene til at tabe hastighed, og deres kolossale energimængder bliver til dels omsat på anden vis - som store hvirvler såsom cykloner og anticykloner, lodret turbulens og jetstrømme.

De to betydeligste jetstrømme, der blæser fra vest mod øst, findes oven over polarfronten, som danner grænse mellem de tempererede og de polare luftmasser. Jetstrømmenes styrke og tilstedeværelse langs med denne bølgende grænse hænger sammen med det bratte temperaturfald i nærheden af polarfronten, som skaber en stejl lufttrykgradient højt oppe i nærheden af tropopausen. Højt oppe over »hestegraderne« og ved udkanten af troperne strømmer de subtropiske jetstrømme, som ligeledes blæser fra vest mod øst. De er stærkest om vinteren, hvor temperaturforskellen mellem de tropiske og de tempererede luftzoner er størst. Undertiden blander polarfronten og de subtropiske strømme sig med hinanden, hvilket kan udløse stærke storme nedenunder.

Tre andre periodisk optrædende jetstrømme farer hen over himlen. To af dem betegnes også polarnatjetstrømme, fordi de optræder i de mørke vintermåneder højt oppe over Nord- og Sydpolen. I månederne, hvor polarområderne ligger hen i iskoldt mørke, bliver luften højt oppe over polerne meget koldere end luften over ækvator. Denne forskel i temperatur fremkalder ekstreme lufttrykforskelle i stratosfæren, hvad der i forbindelse med Coriolis' kraft giver anledning til de vestlige polarnatjetstrømme i omkring 50 kilometers højde.

Om sommeren optræder en anden, årstidsbestemt jetstrøm i tropopausen over Det Indiske Ocean og Afrika. Denne modsat rettede jetstrøm, som går fra øst mod vest, opstår, fordi den enorme asiatiske landmasse opvarmes så hurtigt, at luften oven over dele heraf for en tid bliver varmere end luften i samme højde over ækvator. Dette omvendte billede af den normale lufttrykgradient højt oppe giver både anledning til en modsat rettet jetstrøm og nede ved jordoverfladen til Indiens berømte monsuner.