Er wordt de laatste tijd nogal wat over de Atlantische Oceaan heen en weer gevlogen tussen de VS en Europa. Macron was in de VS, Zelensky ook zoals u wellicht heeft meegekregen, Amerikaanse onderhandelaars vliegen af en aan naar het Midden-Oosten. Of het een strategisch voordeel is weet ik niet, maar Europese leiders die naar de VS reizen hebben tijdens een trans-Atlantische vlucht meer tijd om stukken door te nemen (of te slapen) dan Amerikanen die in Europa moeten zijn.
Dat komt door de straalstroom. Op een hoogte van ongeveer 9 of 10 kilometer hoogte waait het in een smalle strook van enkele honderden kilometers breed veel harder dan in de rest van de atmosfeer. Van west naar oost. Daardoor kun je profiteren van enorme meewind als je van de VS naar Europa vliegt. Scheelt al gauw een uur vliegen.
De afgelopen weken ben ik met mijn studenten – ongeveer 40 eerstejaars natuurkunde – bezig om stap voor stap de werking van de atmosfeer op een fysische manier inzichtelijk te maken. Komende maandag gaan we begrijpen hoe de straalstroom precies tot stand komt, de bekroning van het vak.
Drie bouwstenen
Om de straalstroom te kunnen verklaren heb ik met mijn studenten aan drie belangrijke bouwstenen gewerkt. De eerste is het inzicht dat lucht uitzet als het warmer is. U kent het van de luchtballon die opstijgt als je de lucht erin verwarmt. De tweede bouwsteen gaat over de verticale opbouw van de atmosfeer. Hoe hoger je komt, hoe lager de luchtdruk. Die daling van luchtdruk met de hoogte gaat sneller voor zware lucht dan voor lichte lucht. Zware lucht duwt de atmosfeer als het ware in elkaar.
En dan de derde bouwsteen. Dat is de wet van Buys Ballot. Staande met de rug in de wind bevindt het lagedrukgebied zich aan de linkerhand, en het hogedrukgebied aan de rechterhand. Buys Ballot geeft een vuistregel voor iets wat eigenlijk heel fascinerend is. Lucht wil natuurlijk eigenlijk waaien van hoge naar lage druk. Maar de draaiing van de aarde verhindert dat. Die zorgt er steeds voor dat lucht naar rechts wordt afgebogen. De luchtdruk wil de lucht naar het midden trekken, maar die kracht wordt precies tegengewerkt door die afbuiging naar rechts (de corioliskracht voor liefhebbers). Het resultaat is dat wind om het midden van een lagedrukgebied heen waait in plaats van recht naar het midden toe. Bovendien: hoe lager de luchtdruk in het lagedrukgebied, hoe harder de wind.
We kunnen nu deze drie bouwstenen toepassen op koude poollucht in het noorden en warme tropische lucht in het zuiden. De eerste bouwsteen leert ons dat koude poollucht zwaarder is dan warme tropische lucht. Volgens de tweede bouwsteen drukt die koude, zware poollucht de atmosfeer sterker in elkaar dan de warme, lichte tropische lucht. En nu komt het. Op 10 kilometer hoogte is er in de tropen daarom veel meer lucht dan op diezelfde hoogte in de koude poollucht. Die is op dezelfde hoogte veel ijler. Op 10 kilometer zorgt het enorme drukverschil tussen de ijle poollucht en de tropische lucht voor een soort turbo-Buys Ballot: enorm harde wind op het grensvlak tussen tropen en polen, precies boven de gematigde breedtegraden waar Europa en de VS liggen. De straalstroom, voilà. Zo simpel is het.
Extreem weer
De straalstroom is voor ons van veel groter belang dan hoe lang je in een vliegtuig zit. Zij is de aanjager van het weer dichter bij het aardoppervlak en stuurt daarmee de grillige toevoer van regenwater. Lagedrukgebieden met veel regen en storm worden over onze contreien van west naar oost gestuurd. Daartussenin juist hogedrukgebieden, met in de zomer warmte en droogte. Lang aanhoudende regen, hitte of droogte hangt altijd samen met heel persistente drukgebieden die door een onveranderlijke straalstroom op één plek vastgeklemd worden. De laatste decennia zien we een toename van zulk soort extreem weer. Het zet de veerkracht van natuur en voedselvoorziening onder grote druk. Maar waar komt dat door? Verandert de dynamiek van de straalstroom zelf? Of komt het vooral door de opwarming van de atmosfeer, waardoor sterkere verdamping droogtes aanwakkert en regenbuien steeds meer regen kunnen bevatten?
Recent onderzoek suggereert vooralsnog dat laatste. In een grote krachtsinspanning om oude bronnen te combineren is er een heranalyse gemaakt van weerpatronen tussen het begin van de 15de eeuw en nu. Meer dan 600 jaar aan informatie over de vermoedelijke ligging van de straalstroom toont aan dat hete, droge zomers in Europa voorkomen als de straalstroom naar het noorden verschoven is. Catastrofale overstromingen van de Rijn, zoals in 1570 en in 1801, vallen samen met een heel zuidelijke ligging van de straalstroom.
Maar het huidige gedrag van de straalstroom wijkt niet noemenswaardig af van de afgelopen eeuwen. Dat suggereert dat toenemende extremen komen door sterkere verdamping en regenval. In de toekomst lijkt de ligging van de straalstroom wel te verschuiven, daarover bestaat steeds meer consensus. Het zal de grilligheid van ons weer verder beïnvloeden. En misschien ook wel de reistijd van trans-Atlantische vluchten.
Peter Kuipers Munneke is glacioloog bij de Universiteit Utrecht en weerman bij de NOS.
