Miks on talvel ilm muutlikum kui suvel?

Lumesadu Tallinna südalinnas. Foto: Mihkel Maripuu

Hästi lühidalt öeldes: sellepärast, et talvel on pooluse lähedal külmem. Aga selle tõsiasja põhjendamine käib päris keerulise füüsika kaudu.

Teadagi on meie planeedil kõige soojem ekvaatori lähedal – seal tõuseb õhk üles. Pooluste lähedal on aluspind kõige külmem – seal õhk laskub. Peale selle on nii põhja- kui ka lõunapoolkeral veel üks laskuva õhuvooluga vöönd troopikas ja tõusva õhuvooluga vöönd parasvöötme põhjaosas. Õhk voolab maapinna lähedal laskuva voolu suunast tõusva poole ja troposfääri ülaosas umbes 10 km kõrgusel vastupidi. Nii kujuneb Maa atmosfääris kummalgi poolkeral kolm õhuringluse ehk tsirkulatsiooni rakku, mille vahel vahetub õhk aeglasemalt kui rakkude sees. Eesti kliimasse puutub tõusva õhuvoolu tsoon (nn polaarfront), mis eraldab külma polaarset õhumassi põhjas ja mõnevõrra soojemat keskmiste laiuskraadide õhku lõuna pool.

Külma õhu tõttu on polaaraladel troposfäär õhem ja õhurõhk madalam. Teadagi „püüab” õhk kõrgema rõhuga keskmistelt laiuskraadidelt madalama rõhuga polaaraladele voolata, aga seda takistab Maa pöörlemisest tingitud Coriolise jõud, mis kallutab õhuvoolu peaaegu läände, nii et lõuna- ja põhjapoolne õhk segunevad üsna aeglaselt. Coriolise jõud on füüsikalises mõttes näiv jõud, mis tuleneb sellest, et pöörlev Maa ei ole inertsiaalne taustsüsteem. Aga meile siin maa peal, kes me koos tema pinnaga pöörleme, mõjub see jõud väga reaalselt, põhjustades valitseva õhuvoolu läänest, mis toob meile alatasa Atlandi niisket õhku – talvel on see soojem ja suvel jahedam Euraasia mandri õhust.

Justkui selleks, et asi veelgi raskem mõista oleks, ei püsi polaarfront läänevoolus piki Maa pinda sirge, vaid kaldub lainetama. Impulsimomendi jäävuse seaduse järgi, kui õhuvool kaldub lõunasse, kus Coriolise jõud seda aeglustab, tekib kohalik lisapööris põhivoolule vastassuunas ehk põhjapoolkeral vastupäeva, mida tunneme tsükloni nime all – see on külma õhu väljasopistus polaarsest õhumassist lõunasse. Vastupidi, soojema lõunapoolse õhu väljasopistusest põhja tekib kõrgema õhurõhuga antitsüklon, mis pöörleb päripäeva.

Kuidas siis nii, võib küsida – talvel valitseb ju kõrgrõhkkonnas pakane, aga Atlandi tsüklonid toovad meile sula? Madalrõhkkonna külm ja kõrgrõhkkonna soojem õhk püsivad troposfääri kõrgemates kihtides, kus Maa n-ö ilmaköök töötab. Aluspinna lähedal võivad asjad olla vastupidi, kui pikkadel selgetel öödel maapind kiirgab soojust ära, aga läänevoolus ookeanilt mandrile liikuv madalrõhkkond kannab alumistes õhukihtides kaasas soojemat õhku.

Tsüklonite ja antitsüklonite vaheldumist polaarfrondil nimetatakse Rossby laineteks – need lained avastas 1939. aastal Rootsi päritolu meteoroloog Carl-Gustaf Rossby (1898– 1957) ja selgitas nende tekkimist füüsikaseaduste põhjal, pannes sellega aluse atmosfääriliikumiste mõistmisele, millel omakorda põhineb tänapäeva ilmaprognoos. Tegelikkuses ei ole küll pilt nii selge: korrapärase kõrg- ja madalrõhkkondade vaheldumise asemel on tavaliselt mitu eri suuruses keerist, mis enamasti liiguvad läänest itta, aga mõnikord ka teistes suundades. Ookeanid ja mandrid avaldavad suurt mõju: talvel kujuneb 50 külmakraadini jahtuva Ida-Siberi lumepinna kohal tugev laskuv õhuvool ja kuid püsiv kõrgrõhkkond, soojakraadides Atlandi ookeani põhjaosas aga muudkui moodustuvad tsüklonid ja liiguvad itta.

Aastaaegade vaheldumise mõju on siiski üsna selgepiiriline: talve saabudes temperatuuride erinevus külma arktika ja sooja troopika vahel suureneb, põhjustades suurema rõhuerinevuse ja seega tugevama läänevoolu. Samas võtab polaarne õhumass enda alla suurema ala: polaarfront, mis suvel püsib Eesti laiuskraadist põhja pool, hakkab siin oma madal- ja kõrgrõhkkondadega ilma tegema. Seepärast talvine ilm vaheldubki kiiremini ja suuremates piirides.