ZJAWISKO WIRU POLAR
To, co się dzieje w stratosferze, rzadko wpływa na pogodę. Wyjątek stanowi zjawisko rozpadu stratosferycznego wiru polarnego.
Stratosfera to warstwa atmosfery zaczynająca się na wysokości 10-15 km nad poziomem morza (w zależności od szerokości geograficznej) i sięgająca 50 km. Od troposfery leżącej poniżej oddzielona jest strefą przejściową – tropopauzą. Na granicy tropopauzy i stratosfery występuje silna inwersja temperatury, dlatego powietrze stratosferyczne poza nielicznymi wyjątkami (wybuchy wulkanów, wyjątkowo wysokie chmury burzowe) nie miesza się z troposferycznym.
Zjawiska zachodzące w stratosferze zwykle też nie mają wpływu na pogodę, która kształtuje się w troposferze.
Istnieje jednak pewna wyjątkowa sytuacja, kiedy to, co się dzieje w stratosferze, może mocno wpłynąć na pogodę. To zjawisko rozpadu stratosferycznego wiru polarnego. Słyszymy o nim niemal każdej zimy i zwykle w kontekście spodziewanej fali mrozów. Wyjaśnijmy, czym jest stratosferyczny wir polarny, dlaczego może się rozpaść i jakie to ponosi skutki.
Rozkład temperatur w stratosferze jest odwrotny do tego w troposferze, to znaczy im wyżej, tym cieplej, choć oczywiście cały czas chodzi o mocno ujemne temperatury.
Dzieje się tak dlatego, że główną przyczyną ogrzewania powietrza w stratosferze jest promieniowanie ultrafioletowe pochłaniane przez cząsteczki ozonu. W górnej części stratosfery jest ono najintensywniejsze, dlatego temperatura jest tam najwyższa.
Zimą ustaje dopływ energii słonecznej (w tym także promieniowania ultrafioletowego) do strefy okołobiegunowej. Temperatura powietrza spada, szczególnie w górnych krańcach stratosfery. Chłodniejsze powietrze jest cięższe i opada niżej. Na jego miejsce napływa powietrze z obszarów położonych dalej od bieguna. Jest ono odchylane przez siłę Coriolisa wynikającą z ruchu wirowego Ziemi. W rezultacie powstaje potężny wir wokół bieguna. W jego zewnętrznej części wiatr jest najsilniejszy i jego prędkość niejednokrotnie przekracza 350 km/h. Wiatr ten wieje z zachodu na wschód. Wir stratosferyczny nazywany jest także wirem nocy polarnej, bo pojawia się zimą, kiedy nad biegunem panuje noc polarna.
PRĄD STRUMIENIOWY ZIMĄ
Kiedy wysoko w stratosferze wiruje wir polarny, niżej – w troposferze – także mamy silniejszą cyrkulację. Powód jest dość podobny – ustanie dopływu energii słonecznej. Troposfera nagrzewa się w inny sposób. Otrzymuje ciepło od pochłaniającej promieniowanie podczerwone powierzchni Ziemi. Mechanizm jest inny, ale skutek podobny: nad biegunem powietrze jest chłodne i szybko osiada.
Przy ziemi powoduje to wzrost ciśnienia i powstanie mroźnego wyżu, ale w średnich i wysokich warstwach troposfery na miejsce osiadającego powietrza napływa nowe.
Tak że powstaje wir cyklonalny (czyli wirujący z zachodu na wschód). Nie jest on tak regularny jak wir stratosferyczny, bo zakłóca go rozkład lądów i oceanów oraz inne zjawiska w troposferze. Częścią tego wiru jest prąd strumieniowy stanowiący jego południową granicę. To
dlatego prąd strumieniowy zimą jest najsilniejszy.
Typowa sytuacja zimą to silny wir polarny w stratosferze i silny prąd strumieniowy. Wprawdzie nie ma między tymi zjawiskami związku przyczynowo-skutkowego, bo są od siebie niezależne, ale ich przyczyna jest ta sama, więc występują jednocześnie.
NAGŁE OCIEPLENIE STRATOSFERYCZNE
Od czasu do czasu jednak dochodzi do wyjątkowej sytuacji, kiedy zjawiska w troposferze i stratosferze oddziałują na siebie nawzajem. Prąd strumieniowy poza tym, że faluje w płaszczyźnie poziomej (północ – południe), to faluje też w pionie. Potężne zimowe wyże, zwłaszcza ten syberyjski, a czasem kanadyjski, potrafią tak zaburzyć falę pionową jet streamu, że sięga on stratosfery. Wtedy przekazuje on do tej warstwy
wielką ilość energii cieplnej. Dochodzi do wzrostu temperatury o 60-70 stopni w ciągu kilkudziesięciu godzin. Nazywamy to nagłym ociepleniem stratosferycznym.
Ponieważ siłą napędową wiru polarnego są różnice temperatur, to kiedy one maleją, wir ulega osłabieniu. Czasem dzieli się na kilka wirów, czasem zanika zupełnie. Dobrym wskaźnikiem kondycji wiru jest temperatura powietrza w strefie okołobiegunowej. Kiedy wir jest stabilny, strefa niskich temperatur jest okrągła lub owalna, leży nad biegunem i jest ostro rozgraniczona od strefy cieplejszego powietrza.
Podczas nagłego ocieplenia temperatura w pewnej części wiru mocno wzrasta, a jego kształt ulega zmianie.
ROZPAD WIRU POLARNEGO
Czasem to prowadzi do niemal całkowitego zaniku wiru.
Między słabnącym wirem stratosferycznym a prądem strumieniowym powstaje sprzężenie: najpierw zaburzenie jet streamu przenosi się do stratosfery, później zaburzenie wiru wraca do troposfery za pośrednictwem prądu strumieniowego. W rezultacie prąd strumieniowy słabnie. Słaby prąd strumieniowy tworzy liczne zakola, głębokie fale, miejscami rozgałęzia się i tworzy osobne pętle.
Oznacza to osłabienie cyrkulacji zachodniej, a lokalnie jej zanik. Zamiast tego może się pojawić napływ z połu
Rozpad wiru polarnego to większe prawdopodobieństwo napływu z północy lub z południa, co może przynieść bardzo niskie albo bardzo wysokie jak na zimę temperatury. Przy słabym prądzie strumieniowym rośnie także możliwość wystąpienia blokad wyżowych, co może sprawić, że określony typ pogody będzie się długo utrzymywał
dnia lub z północy, a także cyrkulacja wschodnia. Silny wir polarny i prąd strumieniowy utrzymują arktyczne powietrze wokół bieguna. W przypadku słabego wiru i mocno zafalowanego prądu strumieniowego mroźne powietrze może się rozlewać daleko na południe.
WIR POLARNY A ZIMOWA POGODA
Fale mrozów w Europie i USA często związane są właśnie z rozpadem wiru polarnego i rozlaniem się arktycznego powietrza na południe. Dlatego zjawisko kojarzone jest z ostrą zimą.
Jednak zwróćmy uwagę, że spływowi powietrza arktycznego w jednym miejscu towarzyszy na zasadzie kompensacji silny napływ z południa w innym. Rozpad wiru polarnego może więc w jednym rejonie przynieść ostrą zimę, a w innym wręcz przeciwnie – silne ocieplenie.
Zależność jest więc taka: silny wir polarny to przeciętna, raczej łagodna zima bez ekstremów temperaturowych z silną cyrkulacją zachodnią i łagodzącym wpływem Atlantyku.
Rozpad wiru polarnego to większe prawdopodobieństwo napływu z północy lub z południa, co może przynieść bardzo niskie albo bardzo wysokie jak na zimę temperatury. Przy słabym prądzie strumieniowym rośnie także możliwość wystąpienia blokad wyżowych, co może sprawić, że określony typ pogody będzie się długo utrzymywał.
Obecnie obserwujemy właśnie wstępny etap rozpadu wiru polarnego. Co nam przyniesie? Równie dobrze może spowodować mroźną końcówkę zimy albo szybkie nadejście wiosny. Na pewno jednak pogodę mocno odbiegającą od przeciętnej.