Polarvirvel

Forstå polarvirvelen og dens kollapser

Polarvirvelen er ikke et enkeltstående, statisk element, men et dynamisk og komplekst system av sirkulerende luft som samhandler med både stratosfæren og troposfæren. Den påvirker styrken og banen til den polare jetstrømmen , som igjen påvirker værmønstre i regioner på middels breddegrader. 

Dens oppførsel endrer seg med årstidene: den har en tendens til å være sterkest om vinteren når temperaturkontrasten mellom polene og lavere breddegrader er størst, og svakere om sommeren. Virvelen spiller også en nøkkelrolle i å holde ekstremt kald luft nær polene, mens svingningene kan utløse utbrudd av kald luft når den svekkes eller blir fortrengt.

Under normale forhold holder en sterk polarvirvel arktisk eller antarktisk luft i stor grad begrenset til polene. Den polare jetstrømmen, som strømmer lavere i troposfæren, fungerer som en barriere mellom polarluft og luft på middels breddegrader. En sterk virvel stabiliserer jetstrømmen, noe som resulterer i mildere vinterforhold for store deler av den nordlige halvkule.

Når virvelen svekkes, blir jetstrømmen mer bølgete og danner store fordypninger som strekker seg langt sørover. Disse avvikene lar iskald polarluft bevege seg inn i områder på middels breddegrader, noe som gir ekstreme kuldeperioder, kraftig snøfall og langvarige vinterforhold.

Ytterligere virkninger av en svekket virvel inkluderer:

• Endrede stormbaner: Øker hyppigheten av snøstormer eller ishendelser i enkelte regioner.
• Vedvarende temperaturendringer: Kan vare i flere uker og påvirke landbruk, energibehov og transport.
• Interaksjoner med andre atmosfæriske fenomener: Blokkering av høye temperaturer og andre mønstre kan forsterke ekstreme værhendelser.

Hva skjer hvis en polarvirvel kollapser?

En kollaps, ofte knyttet til plutselig stratosfærisk oppvarming (SSW), betyr ikke at virvelen forsvinner. I stedet blir den forstyrret, svekket eller fortrengt, noe som skaper kaskadeeffekter på jetstrømmen og overflateværet.

Viktige resultater inkluderer:

• Vindsvekkelse eller reversering: Stratosfæriske vestlige vinder avtar eller skifter til østlig, noe som reduserer virvelens inneslutning av polarluft.
• Virvelforskyvning eller -deling: Virvelen kan bevege seg av polen eller fragmenteres i mindre, svakere sirkulasjonssentre.
• Forstyrrelser i jetstrømmen: En mer bølgete jetstrøm lar arktisk luft stige opp mot middels breddegrader, noe som øker risikoen for ekstremt vintervær.
• Overflatepåvirkninger: Kuldeutbrudd, snøstormer og langvarige isforhold kan påvirke store regioner i uker til måneder, og noen ganger utløse energi- og infrastrukturutfordringer.

Mekanismen bak plutselig stratosfærisk oppvarming

Plutselig stratosfærisk oppvarming er den primære mekanismen bak polarvirvelkollaps. Det oppstår når atmosfæriske bølger på planetarisk skala fra den nedre atmosfæren forplanter seg oppover i stratosfæren. Disse bølgene genereres ofte av store geografiske trekk, som Rocky Mountains, Himalaya eller sterke værsystemer.

Når disse bølgene stiger, brytes de opp, på samme måte som havbølger på en strand, og frigjør betydelig energi og momentum i stratosfæren. Denne energiinnsprøytningen forstyrrer virvelen, noe som fører til at vinden svekkes og temperaturen stiger dramatisk.

Denne prosessen forklarer hvorfor SSW-hendelser, og polare virvelkollapser, er langt hyppigere på den nordlige halvkule, hvor forskjellige landmasser og fjellkjeder genererer sterke atmosfæriske bølger, sammenlignet med den sørlige halvkule, hvor det havomkransede antarktiske kontinentet byr på mye mindre forstyrrelser.

Hvor ofte kollapser polarvirveler?

Frekvensen varierer mellom halvkuler på grunn av geografi og atmosfæriske forhold:

• Nordlige halvkule: Kollapser forekommer omtrent annenhver vinter, ettersom fjell og kontinenter genererer atmosfæriske bølger som forstyrrer stratosfæren.

• Sørlige halvkule: Kollapser er sjeldne. Den antarktiske virvelen er uvanlig stabil på grunn av kontinentets isolasjon og det omkringliggende havet, noe som minimerer forstyrrelser.

Det er viktig å skille mellom stratosfæriske forstyrrelser og utbrudd av kaldluft på overflaten, ettersom ikke alle kalde hendelser på overflatenivå er forårsaket av et fullstendig virvelkollaps.

Hvor lenge varer kollapsen av polare virvler?

Selv om polarvirvelen eksisterer året rundt, utvikler det seg et kollaps i stratosfæren over flere dager. Overflateeffektene kan imidlertid vedvare mye lenger.

Typiske mønstre inkluderer:

• Stratosfærisk oppvarming skjer i løpet av få dager, og forstyrrer virvelen.
• Endringer i jetstrømmen og arktisk luftbevegelse inn i middels breddegrader kan fortsette i flere uker.
• Flerukse kalde perioder eller gjentatte økninger av kald luft kan forekomme avhengig av hvordan den fortrengte virvelen samhandler med andre atmosfæriske systemer.

Et bemerkelsesverdig eksempel er den ekstreme kulden i januar 2019 , som brakte farlig lave temperaturer til det sentrale og østlige USA. Denne hendelsen var direkte knyttet til en polarvirvelforstyrrelse og forårsaket omfattende samfunnsmessige og infrastrukturelle utfordringer, inkludert energimangel og transportfarer.

Tegn og virkninger av polarvirvelkollaps

Meteorologer overvåker flere viktige indikatorer for å forutse et kollaps:

• Rask oppvarming i stratosfæren: Temperaturene kan stige med opptil 50 °C i løpet av dager, noe som signaliserer betydelig energiinnsprøytning.
• Vindvending: De normalt vestlige stratosfæriske vindene avtar eller skifter til østlig, noe som svekker polar luftinneslutning.
• Virvelforskyvning eller -deling: Prognosemodeller kan vise at virvelen beveger seg av polen eller fragmenterer.
• Avvik i jetstrømmen: Tidlige avvik i jetstrømmen indikerer at arktisk luft snart kan bevege seg sørover.

Disse tegnene dukker vanligvis opp én til to uker før overflatenedslag , slik at meteorologer kan gi forhåndsvarsler og prognoser.

Forstå de bredere implikasjonene av polare virvler

Polarvirvelen er et permanent element i atmosfæren, men dens stabilitet påvirker vinterværet i stor grad. En sterk virvel holder kald luft inne nær polene, mens en svekket eller kollapset virvel lar arktisk luft strømme inn i mellombreddegrader, noe som forårsaker ekstrem kulde, snø og is.

• Kollapser forekommer relativt ofte på den nordlige halvkule, men er sjeldne på den sørlige halvkule.
• Plutselig oppvarming av stratosfæren er den viktigste utløseren, preget av rask oppvarming av stratosfæren og vindreversering.
• Mens forstyrrelser skjer raskt i stratosfæren, kan overflateeffekter vare i uker eller måneder.

Å forstå polarvirvelen, dens kollapser og indikatorene på disse bidrar til å forklare hvorfor vintrene brått kan skifte fra milde til strenge, og hvorfor noen regioner opplever langvarig kulde mens andre forblir relativt upåvirket.