Jetstream

Der Jetstream ist ein wellenförmiges Starkwindband, das die Erde in einer Höhe von ungefähr 10 km umspannt. In ihm werden Windgeschwindigkeiten von bis zu 500 km/h erreicht. Der Jetstream ist ein thermischer Wind und tritt dort auf, wo die Temperaturunterschiede am Boden besonders groß sind. Das ist zum einen an der Polarfront zwischen 40 und 60 geographischer Breite und an der Subtropenfront bei ungefähr 20 bis 30 Breite der Fall.

Da die Sonne am Äquator steiler auf die Erdoberfläche einfällt als an den Polen erwärmt sich dort die Erde stärker. Die warme Luft dehnt sich aus und reicht somit in größere Höhe. Dieses Gefälle wird dadurch ausgeglichen, dass die Luft vom Äquator weg fließt. Durch die Erdrotation wird die Luft auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt bis sie parallel zu den Breitenkreisen fließt. Dort wo die Temperaturunterschiede am Boden besonders groß sind, ist der Wind in der Höhe am stärksten und man spricht von einem Strahlstrom oder Jetstream. Dieser Sachverhalt ist in der Abbildung 'Thermischer Wind' veranschaulicht.

Abbildung 'Thermischer Wind': Schema zur Entstehung des thermischen Windes mit kalter Luft rechts in blau und warmer Luft links in rot. Da kalte Luft dichter ist, nimmt der Druck mit der Höhe in dieser stärker ab als in der warmen Luft. Das ist durch den unterschiedlichen Abstand der Druckflächen in den jeweiligen Luftmassen veranschaulicht. In der Übergangszone verlaufen die Druckflächen geneigt und diese Neigung nimmt mit der Höhe zu. Infolge des Druckunterschiedes stellt sich ein Wind vom hohen zum niedrigen Druck ein, der aufgrund der Erdrotation auf der Nordhalbkugel nach rechts abgelenkt wird, bis sich schließlich Druckgradientkraft FD und Corioliskraft FC die Waage halten. Im Gleichgewicht stellt sich also ein Westwind ein. Die Windgeschwindigkeit steigt mit der Höhe proportional zur Neigung der Druckflächen, was durch die Größe der Kreise angedeutet ist. Das Windmaximum wird als Strahlstrom oder auch Jetstream bezeichnet.

Der Polarfrontjet verläuft nicht streng in West-Ost Richtung, sondern wellenförmig. Diese wellenförmige Bewegung wird durch die Erdrotation verursacht und ist in der Abbildung 'Rossby Welle' veranschaulicht. Meistens bewegen sich die Wellenberge und Täler zügig von West nach Ost. Besonders lange Wellen oder ein schwacher Jetstream können aber dazu führen, dass die Verlagerungsgeschwindigkeit der Welle abnimmt.

Die Phasengeschwindigkeit einer Rossby Welle, also die Geschwindigkeit mit der sich ein Wellenberg oder -tal in eine bestimmte Richtung verschiebt, ist abhängig von der Windgeschwindigkeit im Jetstream und der Länge der Welle. Die Erhöhung der Windgeschwindigkeit beschleunigt die Verlagerung nach Osten und die Erhöhung der Wellenlänge beschleunigt die Verlagerung nach Westen. In der Regel ist die Windgeschwindigkeit größer als der wellenlängenabhängige Term und die Wellen breiten sich in Richtung Osten aus. Je länger eine Welle ist, desto langsamer wandert sie und es gibt eine bestimmte Kombination von Windgeschwindigkeit und Wellenlänge, bei der die Wellentäler und -berge ortsfest sind. Noch längere Wellen wandern dann sogar rückwärts, d.h. Richtung Westen.

Die Erderwärmung durch den menschgemachten Klimawandel schreitet nicht in allen Regionen der Erde gleich schnell voran. Vor allem die Arktis erwärmt sich schneller als der Rest der Erde. Dafür gibt es mehrere Gründe, unter anderem Folgende:

Schmilzt das stark reflektierende Eis in der Arktis, so kommt dunkleres Meerwasser zum Vorschein, das weniger Sonnenlicht reflektiert, und die Erwärmung verstärkt sich.
Die Ausstrahlung hängt nicht linear, sondern einem Potenzgesetz folgend, von der Temperatur ab. Bei niedrigen Temperaturen ist somit eine größere Temperaturänderung nötig, um die gleiche Energiedifferenz auszustrahlen. Dadurch müssen sich kalte Gebiete stärker erwärmen, um den Treibhausantrieb auszugleichen.
Da die innerste Lufthülle an den Polen dünner ist, muss ein kleineres Volumen durch den Boden gewärmt werden.

Der Erwärmung der Arktis führt zu einem Rückgang der Temperaturdifferenz zwischen Arktis und mittleren Breiten. Aktuell wird wissenschaftlich diskutiert, ob die Verringerung der Temperaturdifferenz über das thermische Windgesetz zu einer Verringerung der Strahlstromgeschwindigkeit führt. Außerdem wird untersucht, ob diese Verringerung der Geschwindigkeit auch zu einer geringern Verlagerungsgeschwindigkeit der Rossby Wellen und damit zu einer längeren Andauer von trockenen und feuchten Witterungsperioden führt.