Polarny prąd strumieniowy a wir polarny

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 częściej masy polarno-arktycznego powietrza. I na odwrót. Jak daleko na wysokie szerokości będą trafiać coraz częściej masy tropikalno-zwrotnikowego powietrza.

Szczególnie wzbudzają zainteresowanie wśród naukowców 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.1. Ujemna i dodatnia faza oscylacji północnoatlantyckiej. Pierwsza przy wolno falującym polarnym prądzie strumieniowym, a druga przy szybko płynącym polarnym prądzie strumieniowym. (Źródło: Met Office)


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) (rys.147.). Te zjawiska atmosferyczne są skorelowane z ekstremalnymi prędkościami przyziemnego wiatru (rys.147.), 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.


Rys.2. Kompozyty SSW dla średnich i ekstremalnych wskaźników dobowej temperatury powierzchni.

Różnica pomiędzy kompozytem 30 dni następujących po 24 zaobserwowanych SSW a kompozytem n losowo dobranych 30-dniowych okresów od grudnia do kwietnia, powtórzonych 3000 razy, dla:

  1. dobowych anomalii średniej temperatury powierzchni
  2. najzimniejszych (w okresie 30 dni) minimalnych dziennych anomalii temperatury powierzchni
  3. najcieplejszych (w okresie 30 dni) maksymalnych dobowych anomalii temperatury powierzchni.

Dane dotyczące temperatury powierzchni i daty SSW są obliczane przy użyciu ponownej analizy tymczasowej ERA (1979–2016).

Stippling (punktowanie: technika graficzna) pokazuje, gdzie anomalie złożonych SSW różnią się istotnie (prawdopodobieństwo: p < 0,05, przy użyciu testu bootstrap z testem wymiany) od anomalii złożonych losowo dobranych.

(Danielle Domeisen i inni, 2020)


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, ale również 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.

Naukowczynie wyżej wymienionej pracy mówią, 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.


Rys.3. W dużej części Kanady i Stanów Zjednoczonych raz na rok lub co 2 lata występują bardzo niskie temperatury. Jest to spowodowane zapadnięciem się normalnie jednolitego wiru polarnego. Źródło: Kjeller Vindetknikk ,  Met Office.


Z kolei bez zdarzenia SSW normalnie płynący szybko 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. Wówczas panuje rekordowe ciepło w Eurazji, a ekstremalne zimno pojawia się nad środkową Kanadą i środkowymi 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.

Jednak dalsze emisje gazów cieplarnianych znowu 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:

  1. 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

2. 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/

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *