Polarwirbel

Verständnis des Polarwirbels und seiner Zusammenbrüche

Der Polarwirbel ist kein einzelnes, statisches Merkmal, sondern ein dynamisches und komplexes System zirkulierender Luft, das sowohl mit der Stratosphäre als auch mit der Troposphäre interagiert. Er beeinflusst die Stärke und den Verlauf des polaren Jetstreams, der wiederum die Wettermuster in den Regionen der mittleren Breiten beeinflusst. 

Sein Verhalten ändert sich mit den Jahreszeiten: Er ist im Winter am stärksten, wenn der Temperaturunterschied zwischen den Polen und den niederen Breiten am größten ist, und im Sommer am schwächsten. Der Wirbel spielt auch eine wichtige Rolle beim Zurückhalten extrem kalter Luft in der Nähe der Pole, während seine Schwankungen Kaltluftausbrüche auslösen können, wenn er schwächer wird oder sich verlagert.

Unter normalen Bedingungen hält ein starker Polarwirbel die arktische oder antarktische Luft weitgehend auf die Pole beschränkt. Der polare Jetstream, der tiefer in der Troposphäre fließt, wirkt als Barriere zwischen der polaren und der Luft der mittleren Breiten. Ein starker Wirbel stabilisiert den Strahlstrom, was in weiten Teilen der nördlichen Hemisphäre zu milderen Winterbedingungen führt.

Wenn sich der Wirbel abschwächt, wird der Jetstream schwächer und bildet große Senken, die weit nach Süden reichen. Diese Abweichungen ermöglichen es, dass kalte Polarluft in die Regionen der mittleren Breiten vordringt, was zu extremen Kälteeinbrüchen, starken Schneefällen und lang anhaltenden Winterbedingungen führt.

Weitere Auswirkungen eines geschwächten Wirbels sind:

• Veränderte Sturmbahnen: Die Häufigkeit von Schneestürmen oder Eisereignissen nimmt in einigen Regionen zu.
• Anhaltende Temperaturschwankungen: Sie können wochenlang anhalten und die Landwirtschaft, den Energiebedarf und das Verkehrswesen beeinträchtigen.
• Wechselwirkungen mit anderen atmosphärischen Phänomenen: Blockierende Hochs und andere Muster können extreme Wetterereignisse verstärken.

Was passiert, wenn ein Polarwirbel zusammenbricht?

Ein Zusammenbruch, der oft mit einer plötzlichen Erwärmung der Stratosphäre (SSW) verbunden ist, bedeutet nicht, dass der Wirbel verschwindet. Stattdessen wird er unterbrochen, geschwächt oder verlagert, was kaskadenartige Auswirkungen auf den Jetstream und das Oberflächenwetter hat.

Zu den Hauptergebnissen gehören:

• Abschwächung oder Umkehrung der Winde: Die Westwinde in der Stratosphäre schwächen sich ab oder drehen auf Ost, wodurch der Wirbel die polare Luft weniger gut eindämmen kann.
• Wirbelverschiebung oder Aufspaltung: Der Wirbel kann sich vom Pol entfernen oder in kleinere, schwächere Zirkulationszentren aufspalten.
• Störung des Jetstreams: Ein schwächerer Jetstream lässt arktische Luft in die mittleren Breiten vordringen, was das Risiko extremer Winterwetterlagen erhöht.
• Auswirkungen auf die Oberfläche: Kälteausbrüche, Schneestürme und lang anhaltende Vereisung können wochen- bis monatelang große Regionen beeinträchtigen und mitunter zu Problemen in den Bereichen Energie und Infrastruktur führen.

Der Mechanismus der plötzlichen Erwärmung der Stratosphäre

Die plötzliche Erwärmung der Stratosphäre ist der wichtigste Mechanismus für den Zusammenbruch des Polarwirbels. Sie tritt auf, wenn sich planetarische atmosphärische Wellen aus der unteren Atmosphäre nach oben in die Stratosphäre ausbreiten. Diese Wellen werden häufig durch große geografische Strukturen wie die Rocky Mountains, den Himalaya oder starke Wettersysteme ausgelöst.

Wenn diese Wellen aufsteigen, brechen sie, ähnlich wie Meereswellen an einem Strand, und geben erhebliche Energie und Schwung in die Stratosphäre ab. Diese Energiezufuhr unterbricht den Wirbel, wodurch die Winde schwächer werden und die Temperatur drastisch ansteigt.

Dieser Prozess erklärt, warum SSW-Ereignisse und Zusammenbrüche des Polarwirbels in der nördlichen Hemisphäre, wo verschiedene Landmassen und Gebirgszüge starke atmosphärische Wellen erzeugen, viel häufiger sind als in der südlichen Hemisphäre, wo der vom Ozean umschlossene antarktische Kontinent viel weniger Störungen verursacht.

Wie oft brechen die Polarwirbel zusammen?

Die Häufigkeit variiert zwischen den Hemisphären aufgrund der geografischen und atmosphärischen Bedingungen:

• Nördliche Hemisphäre: Etwa jeden zweiten Winter kommt es zu Einbrüchen, wenn Berge und Kontinente atmosphärische Wellen erzeugen, die die Stratosphäre stören.

• Südliche Hemisphäre: Zusammenbrüche sind selten. Der antarktische Wirbel ist aufgrund der Isolation des Kontinents und des umgebenden Ozeans, der Störungen minimiert, ungewöhnlich stabil.

Es ist wichtig, zwischen stratosphärischen Störungen und Kaltluftausbrüchen an der Oberfläche zu unterscheiden, da nicht alle Kaltluftereignisse an der Oberfläche durch einen vollständigen Wirbelzusammenbruch verursacht werden.

Wie lange halten Polarwirbelstürme an?

Während der Polarwirbel das ganze Jahr über besteht, entwickelt sich in der Stratosphäre ein Kollaps über mehrere Tage. Seine Auswirkungen an der Oberfläche können jedoch viel länger anhalten.

Typische Muster sind:

• Die Erwärmung der Stratosphäre erfolgt innerhalb weniger Tage und unterbricht den Wirbel.
• Jetstream-Veränderungen und arktische Luftbewegungen in die mittleren Breiten können noch wochenlang anhalten.
• Je nachdem, wie der verdrängte Wirbel mit anderen atmosphärischen Systemen interagiert, kann es zu mehrwöchigen Kälteperioden oder zu wiederholten Kälteeinbrüchen kommen.

Ein bemerkenswertes Beispiel ist die extreme Kälte im Januar 2019, die in der Mitte und im Osten der Vereinigten Staaten gefährlich niedrige Temperaturen brachte. Dieses Ereignis stand in direktem Zusammenhang mit einer Störung des Polarwirbels und verursachte weitreichende gesellschaftliche und infrastrukturelle Herausforderungen, darunter Energieengpässe und Gefahren für den Verkehr.

Anzeichen und Auswirkungen des Zusammenbruchs des Polarwirbels

Meteorologen beobachten mehrere Schlüsselindikatoren, um einen Kollaps vorhersagen zu können:

• Schnelle Erwärmung der Stratosphäre: Die Temperaturen können innerhalb von Tagen um bis zu 50 °C ansteigen, was eine erhebliche Energiezufuhr signalisiert.
• Windumkehr: Die normalerweise westlichen Stratosphärenwinde schwächen sich ab oder drehen auf östliche Winde, wodurch die polare Lufteinhaltung geschwächt wird.
• Wirbelverschiebung oder Aufspaltung: Die Vorhersagemodelle können zeigen, dass sich der Wirbel vom Pol wegbewegt oder aufbricht.
• Anomalien des Strahlstroms: Frühe Abweichungen des Jetstreams deuten darauf hin, dass arktische Luft bald nach Süden ziehen könnte.

Diese Anzeichen treten in der Regel ein bis zwei Wochen vor dem Auftreffen auf die Erdoberfläche auf, so dass Meteorologen Vorwarnungen und Prognosen erstellen können.

Verstehen der weitergehenden Auswirkungen von Polarwirbeln

Der Polarwirbel ist ein ständiges atmosphärisches Phänomen, dessen Stabilität das Winterwetter jedoch stark beeinflusst. Ein starker Wirbel schließt kalte Luft in der Nähe der Pole ein, während ein geschwächter oder zusammengebrochener Wirbel arktische Luft in die mittleren Breiten strömen lässt und extreme Kälte, Schnee und Eis verursacht.

• Einstürze kommen auf der Nordhalbkugel relativ häufig vor, während sie auf der Südhalbkugel selten sind.
• Der Hauptauslöser ist die plötzliche Erwärmung der Stratosphäre, die durch eine rasche Erwärmung der Stratosphäre und eine Windumkehr gekennzeichnet ist.
• Während die Störung in der Stratosphäre schnell eintritt, können die Auswirkungen an der Oberfläche Wochen oder Monate dauern.

Das Verständnis des Polarwirbels, seiner Zusammenbrüche und ihrer Indikatoren hilft zu erklären, warum die Winter abrupt von mild zu streng wechseln können und warum einige Regionen von lang anhaltender Kälte betroffen sind, während andere relativ unberührt bleiben.