Czy polarny prąd strumieniowy może mieć taki wpływ, że już na początku września czy pod koniec maja mogą pojawić się nie tylko przymrozki, ale i nawet krótkotrwałe opady śniegu na nizinach średnich szerokości?
Wszystko zależy od tego, jak daleko na niskie szerokości będą trafiać coraz częstsze masy polarno-arktycznego powietrza. I na odwrót. Jak daleko na wysokie szerokości będą trafiać coraz częstsze masy tropikalno-zwrotnikowego powietrza.
Szczególne zainteresowanie wśród naukowców wzbudzają wiry polarne na obu biegunach. Zwłaszcza ten nad Arktyką, którego rozbicie wywołało w drugiej połowie zimy w 2018 i 2021 roku powstanie dość dużych fal zimna.
—
Rys. Grafiki nagłego ocieplenia stratosferycznego (SSW – Sudden Stratospheric Warming) dla średnich i ekstremalnych wskaźników dziennej temperatury powierzchni (Temperature Surface lub Tsfc). Anomalie dziennych temperatur powierzchni w okresie 30-dniowym, od grudnia do kwietnia::a) średniej b) najzimniejszej c) najcieplejszej. Dane dotyczące temperatury powierzchni i daty SSW były obliczane na podstawie reanalizy ERA-interim (1979–2016) (Daniele Domeisen i Amy Butler, 2020)
—
Daniela Domeisen, z Instytutu Nauk o Atmosferze i Klimatu w ETH w Zürichu (Szwajcaria), i Amy Butler z Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) z Laboratorium Nauk Chemicznych w Boulder (Kolorado w USA), powiedziały na podstawie swoich obserwacji symulacji modeli numerycznych, że pionowe fale planetarne rozchodzące się na granicy troposfery i stratosfery mogą doprowadzić do tzw. nagłego ocieplenia stratosferycznego (SSW – Sudden Stratospheric Warming), co z kolei może wywołać propagację fal lodowatego powietrza ze stratosfery w dół do troposfery i ku powierzchni Ziemi. Często ma ono związek z ujemną fazą oscylacji północnoatlantyckiej (NAO – North Atlantic Oscillation) 1.
Naukowczynie piszą, że ekstrema stratosferycznych wirów polarnych na półkuli północnej (NH – North Hemisphere), takie jak SSW w środku zimy lub silne wirowe zdarzenia, zwykle poprzedzają zmianę w kierunku anomalnie trwałych warunków pogodowych, trwającą nawet do 2 miesięcy. Gdy następuje zakończenie SSW , wówczas pojawiają zazwyczaj wybuchy zimnego powietrza w średnich szerokościach geograficznych, powiązane z ekstremalnie niskimi dziennymi minimalnymi i maksymalnymi temperaturami. W szczególności jest to bardzo dotkliwe w Europie Północnej i Azji, które mają wpływ na zdrowie ludzi i zwierząt.
Wybuchy zimnego powietrza występują również nad Północnym Atlantykiem i Oceanem Arktycznym. Są to tzw. morskie ogniska zimnego powietrza (MCAO – Marine Cold Air Outbreaks). Te zjawiska atmosferyczne są skorelowane z ekstremalnymi prędkościami przyziemnego wiatru, czasami związanymi ze zwiększonym ryzykiem tworzenia się specyficznych niżów polarnych (znanych również jako arktyczne huragany), które często zwiększają ryzyko narażenia infrastruktury morskiej i przybrzeżnej oraz żeglugi arktycznej.
Rekordowo silny wir polarny na półkuli północnej (NH), który miał miejsce na początku 2020 roku był związany z serią kolejnych burz, które uderzyły w Wielką Brytanię i Europę Północną. Te ekstremalne zdarzenia pogodowe przyniosły z sobą rozległe zniszczenia oraz bezprecedensowe pojawienie się długotrwałego ciepła w Eurazji. Zdarzenia odbicia fal propagacyjnych wpłynęły na powstanie wybuchów zimnego powietrza nad środkową Kanadą.
Śnieżyce (sztormy śnieżne lub inaczej cyklony śnieżne) są przez ostatnie lata dość częste w północno-wschodniej części USA i na wschodnich wybrzeżach Labradoru we wschodniej Kanadzie, które stają się silniejsze, im wolniej zaczyna meandrować polarny prąd strumieniowy. Nieco rzadziej, występują one także w Europie. Np. Tak było zimą na przełomie lutego i marca 2018 roku. To właśnie wtedy zaobserwowano, że któregoś dnia temperatura w Warszawie była chłodniejsza niż na samym biegunie północnym. Do tego zdarzenia doszło po rozbiciu wiru polarnego na trzy części, gdy stratosferyczne zimno rozlało się z polarnych wysokich szerokości daleko na średnie niskie szerokości geograficzne w Ameryce Północnej, Europie i Azji. Na ten temat w serwisie Nauka o klimacie napisali Hubert Bułgajewski i Marcin Popkiewicz 2.
—
Rys.2. Zimą 2020 r. wystąpił rekordowo silny wir polarny. (Paul Duginski / Los Angeles Times) Grafika: NOAA 3.
—
Naukowczynie, wyżej wymienionej pracy, stwierdziły, że po zakończeniu SSW wraz z ujemną fazą NAO przeważnie występują miesiące wiosenne i letnie, bardzo chłodne na średnich szerokościach oraz mocno wilgotne w obszarach podzwrotnikowych o klimacie śródziemnomorskim. Często ma to związek z wychyleniem toru burz daleko na południe z północnego Atlantyku w kierunku równika, co niejednokrotnie zwiększa prawdopodobieństwo występowania również uciążliwych powodzi w Europie południowej. Zmiana frontu polarnego w kierunku południowym prowadzi do powstawania okresów susz w północno-zachodniej części Skandynawii i na Wyspach Brytyjskich. Wówczas po drugiej stronie północnego Atlantyku we wschodniej części Kanady panuje anomalne ciepło. Również jest bardzo gorąco w subtropikach Afryki i Azji.
Bez zdarzenia SSW normalnie i szybko płynący wir polarny, podczas dodatniej fazy NAO, przyczynia się często do występowania susz w południowej Europie, ponieważ tor burz wzdłuż frontu polarnego płynie prawidłowo na wysokości północnego Atlantyku przynosząc z sobą wilgotne i mokre miesiące w północnej Europie, w szczególności w Wielkiej Brytanii. Panuje wówczas rekordowe ciepło w Eurazji, a ekstremalne zimno pojawia się nad środkową Kanadą i środkowymi stanami USA.
Wszystkie te zawirowania pogodowe mają związek z długofalową naturalną zmiennością, na którą nakładają się antropogeniczne zmiany klimatu. Coraz częstsza obecność wolno meandrującego polarnego prądu strumieniowego jest związana z nierównowagą konwekcyjno-radiacyjną, to znaczy z tym, że do układu ziemskiego wchodzi więcej energii niż z niego wychodzi w kosmos. Kiedy nastąpi kolejna równowaga konwekcyjno-radiacyjna, może to oznaczać, że polarny prąd strumieniowy może znowu przyspieszyć, ale już przy wyższej temperaturze globalnej. Wówczas dalsze emisje gazów cieplarnianych, ponownie, sprawią, że nastąpi wzmocnienie arktyczne i gradient temperatur pomiędzy biegunem północnym a równikiem znowu mocno zwiększy się, co może oznaczać ponownie wzmocnienie ekstremalnych zjawisk pogodowych.
—
Referencje:
- Domeisen D. I. V. et al., 2020 ; Stratospheric drivers of extreme events at the Earth’s surface ; Communications Earth & Environment ; https://www.nature.com/articles/s43247-020-00060-z
- Bułgajewski H., Popkiewicz M., 2018 ; W Warszawie zimniej niż na biegunie północnym ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/w-warszawie-zimniej-niz-na-biegunie-polnocnym-277/
- Duginski P., 2020 ; If a warm U.S. winter was ‘a preview of global warming’, what part did a polar vortex play? ; Los Angeles Times ; https://www.latimes.com/california/story/2020-03-28/if-a-warm-u-s-winter-was-a-preview-of-global-warming-what-part-did-a-polar-vortex-play