Polarvirvel

Förstå polarvirveln och dess kollapser

Polarvirveln är inte en enskild, statisk företeelse utan ett dynamiskt och komplext system av cirkulerande luft som samverkar med både stratosfären och troposfären. Den påverkar den polära jetströmmens styrka och bana, vilket i sin tur påverkar vädermönstren i regioner på mellersta breddgraderna. 

Dess beteende förändras med årstiderna: den tenderar att vara starkast på vintern när temperaturkontrasten mellan polerna och de lägre breddgraderna är som störst, och svagare på sommaren. Virveln spelar också en nyckelroll när det gäller att hålla kvar extremt kall luft nära polerna, medan dess fluktuationer kan utlösa utbrott av kall luft när den försvagas eller förskjuts.

Under normala förhållanden håller en stark polarvirvel den arktiska eller antarktiska luften i stort sett begränsad till polerna. Den polära jetströmmen, som strömmar lägre ner i troposfären, fungerar som en barriär mellan polarluften och luften på mellersta breddgraden. En stark virvel stabiliserar jetströmmen, vilket leder till mildare vinterförhållanden på stora delar av norra halvklotet.

När virveln försvagas blir jetströmmen vågigare och bildar stora dips som sträcker sig långt söderut. Dessa avvikelser gör att kall polarluft kan röra sig in i regioner på mellersta breddgraderna, vilket ger extrema köldknäppar, kraftiga snöfall och långvariga vinterförhållanden.

Ytterligare effekter av en försvagad virvel är bl.a:

• Förändrade stormspår: Ökar frekvensen av snö- och isstormar i vissa regioner.
• Ihållande temperaturförändringar: Kan pågå i flera veckor och påverkar jordbruk, energibehov och transporter.
• Interaktioner med andra atmosfäriska fenomen: Blockerande högtryck och andra mönster kan förstärka extrema väderhändelser.

Vad händer om en polarvirvel kollapsar?

En kollaps, som ofta är kopplad till plötslig stratosfärisk uppvärmning (SSW), innebär inte att virveln försvinner. Istället blir den störd, försvagad eller förskjuten, vilket skapar kaskadeffekter på jetströmmen och ytvädret.

Viktiga resultat inkluderar:

• Försvagning eller vändning av vind: Stratosfäriska västliga vindar avtar eller skiftar till östliga, vilket minskar virvelns inneslutning av polarluft.
• Förskjutning eller uppdelning av virveln: Virveln kan flytta sig från polen eller fragmentera i mindre, svagare cirkulationscentra.
• Störning av jetströmmen: En svagare jetström gör att arktisk luft kan strömma in över mellersta breddgraderna, vilket ökar risken för extremt vinterväder.
• Påverkan på ytan: Köldutbrott, snöstormar och långvariga isförhållanden kan påverka stora regioner i veckor eller månader och ibland leda till utmaningar för energi och infrastruktur.

Mekanismen bakom den plötsliga uppvärmningen av stratosfären

Plötslig uppvärmning av stratosfären är den primära mekanismen bakom polarvirvelkollapser. Den uppstår när atmosfäriska vågor på planetnivå från den lägre atmosfären fortplantar sig uppåt i stratosfären. Dessa vågor genereras ofta av stora geografiska områden, som Klippiga bergen, Himalaya eller starka vädersystem.

När dessa vågor stiger bryts de, på samma sätt som havsvågor på en strand, och frigör betydande energi och momentum i stratosfären. Denna energiinjektion stör virveln, vilket gör att dess vindar försvagas och temperaturen stiger dramatiskt.

Denna process förklarar varför SSW-händelser och kollapser av polarvirveln är mycket vanligare på norra halvklotet, där olika landmassor och bergskedjor genererar starka atmosfäriska vågor, jämfört med södra halvklotet, där den havsomgärdade Antarktiska kontinenten ger mycket mindre störningar.

Hur ofta kollapsar polarvirveln?

Frekvensen varierar mellan halvkloten beroende på geografi och atmosfäriska förhållanden:

• Norra halvklotet: Kollapser inträffar ungefär varannan vinter, när berg och kontinenter genererar atmosfäriska vågor som stör stratosfären.

• Södra halvklotet: Kollapser är sällsynta. Den antarktiska virveln är ovanligt stabil på grund av kontinentens isolering och det omgivande havet, som minimerar störningar.

Det är viktigt att skilja mellan störningar i stratosfären och utbrott av kall luft vid ytan, eftersom inte alla kalla händelser vid ytan orsakas av en fullständig virvelkollaps.

Hur länge varar kollapser av polarvirveln?

Polarvirveln existerar året runt, men en kollaps utvecklas under flera dagar i stratosfären. Dess yteffekter kan dock kvarstå mycket längre.

Typiska mönster inkluderar:

• Uppvärmningen av stratosfären sker inom några dagar och stör virveln.
• Jetströmsförändringar och arktisk luftrörelse till mellersta breddgraderna kan fortsätta i flera veckor.
• Flera veckors köldperioder eller upprepade strömmar av kall luft kan förekomma beroende på hur den förskjutna virveln interagerar med andra atmosfäriska system.

Ett anmärkningsvärt exempel är den extrema kylan i januari 2019, som medförde farligt låga temperaturer i centrala och östra USA. Denna händelse var direkt kopplad till en störning i polarvirveln och orsakade omfattande samhälls- och infrastrukturutmaningar, inklusive energibrist och transportrisker.

Tecken på och effekter av kollaps av polarvirveln

Meteorologer övervakar flera viktiga indikatorer för att förutse en kollaps:

• Snabb uppvärmning av stratosfären: Temperaturerna kan stiga med upp till 50°C på några dagar, vilket signalerar en betydande energitillförsel.
• Vändning av vinden: De normalt västliga stratosfäriska vindarna avtar eller vänder till östliga, vilket försvagar polarluftens inneslutning.
• Virvelförskjutning eller splittring: Prognosmodeller kan visa att virveln rör sig bort från polen eller fragmenteras.
• Anomalier i jetströmmen: Tidiga avvikelser i jetströmmen indikerar att arktisk luft snart kan röra sig söderut.

Dessa tecken uppträder vanligtvis en till två veckor före ytpåverkan, vilket gör det möjligt för meteorologer att ge förhandsvarningar och prognoser.

Förstå de bredare konsekvenserna av polära virvlar

Polarvirveln är ett permanent inslag i atmosfären, men dess stabilitet påverkar vintervädret i hög grad. En stark virvel begränsar kall luft nära polerna, medan en försvagad eller kollapsad virvel gör att arktisk luft kan spridas till mellersta breddgraderna, vilket ger extrem kyla, snö och is.

• Kollapser inträffar relativt ofta på norra halvklotet men är sällsynta på södra halvklotet.
• Plötslig stratosfärisk uppvärmning är den viktigaste utlösande faktorn, som kännetecknas av snabb stratosfärisk uppvärmning och vindvändning.
• Medan störningarna sker snabbt i stratosfären kan effekterna på ytan pågå i veckor eller månader.

Att förstå polarvirveln, dess kollapser och dess indikatorer hjälper till att förklara varför vintrar plötsligt kan skifta från milda till svåra och varför vissa regioner upplever långvarig kyla medan andra förblir relativt opåverkade.