Polar vortex

Forstå polarhvirvlen og dens kollaps

Den polare hvirvel er ikke et enkelt, statisk element, men et dynamisk og komplekst system af cirkulerende luft, der interagerer med både stratosfæren og troposfæren. Den påvirker styrken og banen for den polare jetstrøm, som igen påvirker vejrmønstrene på de mellemste breddegrader. 

Dens adfærd ændrer sig med årstiderne: Den har en tendens til at være stærkest om vinteren, når temperaturkontrasten mellem polerne og de lavere breddegrader er størst, og svagere om sommeren. Hvirvlen spiller også en vigtig rolle i at holde ekstremt kold luft nær polerne, mens dens svingninger kan udløse udbrud af kold luft, når den svækkes eller forskydes.

Under normale forhold holder en stærk polar hvirvel arktisk eller antarktisk luft stort set begrænset til polerne. Den polare jetstrøm, som flyder lavere i troposfæren, fungerer som en barriere mellem polarluft og luft fra de mellemste breddegrader. En stærk hvirvel stabiliserer jetstrømmen, hvilket resulterer i mildere vinterforhold på store dele af den nordlige halvkugle.

Når hvirvlen svækkes, bliver jetstrømmen svagere og danner store dale, der strækker sig langt mod syd. Disse afvigelser gør det muligt for iskold polarluft at bevæge sig ind i områder på de mellemste breddegrader, hvilket giver ekstreme kuldegrader, kraftigt snefald og langvarige vinterforhold.

Yderligere konsekvenser af en svækket hvirvel er bl.a:

• Ændrede stormspor: Øger hyppigheden af snestorme eller ishændelser i nogle regioner.
• Vedvarende temperaturændringer: Kan vare i ugevis og påvirke landbrug, energibehov og transport.
• Samspil med andre atmosfæriske fænomener: Blokerende højder og andre mønstre kan forstærke ekstreme vejrbegivenheder.

Hvad sker der, hvis en polar vortex kollapser?

Et kollaps, som ofte er forbundet med pludselig stratosfærisk opvarmning (SSW), betyder ikke, at hvirvlen forsvinder. I stedet bliver den forstyrret, svækket eller forskudt, hvilket skaber kaskadeeffekter på jetstrømmen og overfladevejret.

De vigtigste resultater omfatter:

• Svækkelse eller vending af vinden: Vestlige vinde i stratosfæren aftager eller skifter til østlige vinde, hvilket reducerer hvirvelens inddæmning af polarluft.
• Forskydning eller opsplitning af hvirvlen: Hvirvlen kan bevæge sig væk fra polen eller splittes op i mindre, svagere cirkulationscentre.
• Forstyrrelse af jetstrømmen: En svagere jetstrøm gør det muligt for arktisk luft at strømme ind over de mellemste breddegrader, hvilket øger risikoen for ekstremt vintervejr.
• Påvirkninger på overfladen: Kuldeudbrud, snestorme og langvarige isforhold kan påvirke store regioner i uger til måneder og nogle gange udløse udfordringer med energi og infrastruktur.

Mekanismen bag pludselig stratosfærisk opvarmning

Pludselig stratosfærisk opvarmning er den primære mekanisme bag polare hvirvelkollaps. Det sker, når atmosfæriske bølger i planetarisk skala fra den lavere atmosfære forplanter sig opad i stratosfæren. Disse bølger genereres ofte af store geografiske træk, såsom Rocky Mountains, Himalaya eller stærke vejrsystemer.

Når disse bølger stiger op, brydes de, ligesom havets bølger på en strand, og frigiver betydelig energi og momentum i stratosfæren. Denne energiindsprøjtning forstyrrer hvirvlen, hvilket får vindene til at svækkes og temperaturen til at stige dramatisk.

Denne proces forklarer, hvorfor SSW-begivenheder og kollaps af polarhvirvler er langt hyppigere på den nordlige halvkugle, hvor forskellige landmasser og bjergkæder genererer stærke atmosfæriske bølger, sammenlignet med den sydlige halvkugle, hvor det havomkransede antarktiske kontinent giver meget mindre forstyrrelser.

Hvor ofte kollapser polarhvirvler?

Frekvensen varierer mellem halvkuglerne på grund af geografi og atmosfæriske forhold:

• Den nordlige halvkugle: Kollaps sker ca. hver anden vinter, når bjerge og kontinenter skaber atmosfæriske bølger, der forstyrrer stratosfæren.

• Den sydlige halvkugle: Kollaps er sjældne. Den antarktiske hvirvel er usædvanlig stabil på grund af kontinentets isolation og det omgivende hav, som minimerer forstyrrelser.

Det er vigtigt at skelne mellem forstyrrelser i stratosfæren og udbrud af kold luft ved overfladen, da ikke alle kolde begivenheder ved overfladen skyldes et fuldstændigt hvirvelkollaps.

Hvor længe varer polare hvirvelkollaps?

Mens polarhvirvlen eksisterer året rundt, udvikler et kollaps sig over flere dage i stratosfæren. Effekterne på overfladen kan dog vare meget længere.

Typiske mønstre omfatter:

• Stratosfærisk opvarmning sker inden for få dage og forstyrrer hvirvlen.
• Ændringer i jetstrømmen og arktisk luftbevægelse til de mellemste breddegrader kan fortsætte i flere uger.
• Flere ugers kuldeperioder eller gentagne bølger af iskold luft kan forekomme afhængigt af, hvordan den fordrevne hvirvel interagerer med andre atmosfæriske systemer.

Et bemærkelsesværdigt eksempel er den ekstreme kulde i januar 2019, som bragte faretruende lave temperaturer til det centrale og østlige USA. Denne begivenhed var direkte forbundet med en forstyrrelse af polarhvirvlen og forårsagede omfattende samfundsmæssige og infrastrukturelle udfordringer, herunder energimangel og transportrisici.

Tegn på og konsekvenser af polar hvirvelkollaps

Meteorologerne overvåger flere nøgleindikatorer for at kunne forudse et kollaps:

• Hurtig opvarmning af stratosfæren: Temperaturerne kan stige med op til 50 °C på få dage, hvilket signalerer en betydelig energiindsprøjtning.
• Vinden vender: De normalt vestlige stratosfæriske vinde aftager eller skifter til østlige vinde, hvilket svækker inddæmningen af polarluft.
• Forskydning eller opsplitning af hvirvelstrømmen: Prognosemodeller kan vise, at hvirvlen bevæger sig væk fra polen eller fragmenteres.
• Anomalier i jetstrømmen: Tidlige afvigelser i jetstrømmen indikerer, at arktisk luft snart kan bevæge sig sydpå.

Disse tegn viser sig normalt en til to uger før nedslag på overfladen, så meteorologerne kan give advarsler og prognoser på forhånd.

Forstå de bredere konsekvenser af polare hvirvler

Den polare hvirvel er et permanent atmosfærisk træk, men dens stabilitet påvirker i høj grad vintervejret. En stærk hvirvel indeslutter kold luft nær polerne, mens en svækket eller kollapset hvirvel tillader arktisk luft at strømme ind på de mellemste breddegrader, hvilket skaber ekstrem kulde, sne og is.

• Kollaps forekommer relativt ofte på den nordlige halvkugle, men er sjældne på den sydlige halvkugle.
• Pludselig stratosfærisk opvarmning er den vigtigste udløsende faktor, som er kendetegnet ved hurtig stratosfærisk opvarmning og vindvending.
• Mens forstyrrelser sker hurtigt i stratosfæren, kan effekterne på overfladen vare uger eller måneder.

At forstå polarhvirvlen, dens sammenbrud og deres indikatorer hjælper med at forklare, hvorfor vintre kan skifte pludseligt fra milde til strenge, og hvorfor nogle regioner oplever langvarig kulde, mens andre forbliver relativt upåvirkede.