Sekwencja załamania się wirów polarnych rozpoczęła się pod koniec grudnia 2020 r, lecz główne wydarzenie, nagłe ocieplenie stratosfery miało miejsce 5 stycznia 2021 r. Przyjrzymy się sekwencji tych wydarzeń i temu, jak mogą one zmienić pogodę w Europie i Stanach Zjednoczonych w nadchodzących tygodniach – informuje Andrej Flis z Severe Weather Europe.
CZYM JEST WIR POLARNY?
Ponieważ wiedza jest kluczem, zrobimy krótkie podsumowanie tego, czym dokładnie jest wir polarny.
Wszystkie chmury (i pogoda, którą odczuwamy) znajdują się w najniższej części atmosfery zwanej troposferą. Sięga do około 8 km zimą (5 mil) wysokości nad regionami polarnymi i do około 14-16 km (9-10 mil) nad tropikami.
Powyżej znajduje się znacznie głębsza warstwa zwana stratosferą. Warstwa ta ma około 30 km grubości i jest bardzo sucha. Na poniższym obrazku możemy zobaczyć warstwy atmosfery, ze stratosferą w odcieniach zieleni i troposferą w kolorze niebieskim na dole.
Każdego roku, gdy zbliżamy się do jesieni, biegun północny zaczyna się ochładzać. Atmosfera dalej na południe jest jednak nadal stosunkowo ciepła, ponieważ nadal otrzymuje energię ze Słońca. Biegun północny otrzymuje bardzo mało światła słonecznego i energii cieplnej, wychładzając się w szybszym tempie.
Obniżenie temperatury oznacza również stopniowy spadek ciśnienia nad biegunem północnym. W stratosferze proces przebiega tak samo. Gdy temperatura spada na biegunie i rośnie różnica temperatur w kierunku południowym, w stratosferze zaczyna się rozwijać obszar niskiego ciśnienia.
Poniższy obrazek przedstawia typowy przykład wiru polarnego na wysokości około 30 km (poziom 10 mb) w środkowej stratosferze.
NAGŁE OCIEPLENIE STRATOSFERY
Generalnie patrzymy na wir polarny w stratosferze na poziomie 10mb. To około 28-32 km (17-20 mil) wysokości. Uważa się, że jest to okolica środkowej stratosfery, a zatem dobre przedstawienie ogólnej dynamiki wiru polarnego.
Siła wiru polarnego jest najczęściej mierzona siłą wiatrów w jego wnętrzu. Zwykle dokonuje się tego poprzez pomiar strefowych (z zachodu na wschód) prędkości wiatru wokół koła polarnego (60 ° szerokości geograficznej północnej).
Poniżej mamy analizę z systemu monitoringu NASA, gdzie widzimy bardzo ciekawy postęp. Na początku grudnia wir polarny był na dość silnym poziomie, osiągając strefową prędkość wiatru 40 m / s. Problemy zaczęły się w połowie miesiąca, a zwłaszcza pod koniec grudnia, kiedy zaczęło się ocieplenie stratosfery. Wszystkie poniższe grafiki są na poziomie 10 mb (~ 30 km wysokości).
Poniżej znajduje się zdjęcie, które pokazaliśmy wam wcześniej w artykule i pokazuje ono całkiem zdrowy wir polarny na początku grudnia. Ma ładny kształt i zdrowy wirujący rdzeń.
W połowie grudnia ciśnienie na północnym Pacyfiku rosło, umacniając w ten sposób wyż. Krążenie antycykloniczne powoli stawało się silniejsze, zaczęło wysysać część energii z wiru polarnego i zmieniało jego kształt.
Pod koniec grudnia antycyklon na Pacyfiku / Azji Wschodniej stał się dość silny, który teraz wysysa dużo energii z wiru polarnego, co może dostrzec na grafice poniżej.
W podobnym czasie pod koniec grudnia rozpoczęła się sekwencja ocieplenia z Europy do Azji Środkowej. Zaczęło się pochłanianie zewnętrznej części wiru polarnego. Zimny rdzeń wiru polarnego jest nadal raczej nienaruszony w tym miejscu, utrzymując temperatury niższe niż -80 ° C z centrum nad Grenlandią.
Zaledwie dwa dni później fala ocieplenia osiągnęła lokalny szczyt nad Syberią, z maksymalnymi temperaturami fali dochodzącymi do + 5 ° C lub więcej.
5 stycznia 2021 wyznaczono wstępną datę nagłego ocieplenia stratosferycznego, gdy wiatry wokół koła polarnego ustąpiły. Widzimy teraz, jak masywny i silny stał się antycyklon, silnie napierający na wir polarny (jasnobiały). Wraz z falą ocieplenia silny system antycyklonowy zdeformował niegdyś kołowy wir polarny w kształt banana.
Fala ocieplenia przeszła przez cały biegun północny w stratosferze, skutecznie rozszczepiając zimny rdzeń wiru polarnego na dwie części. Jeden w Ameryce Północnej i jeden w sektorze europejskim. W tym momencie nie ma to wiele wspólnego bezpośrednio z pogodą na powierzchni, ponieważ jest na wysokości 30 km, ale wkrótce przejdziemy do efektów pogodowych.
Patrząc szybko na prognozę, widzimy, że stratosferyczny antycyklon będzie stabilny i przesunie się dalej nad biegun północny. Będzie nadal naciskał na bardzo przerwany wir polarny.
W tym miejscu przewiduje się również rozpoczęcie nowej fali ocieplenia, która powinna tymczasowo zapobiec szybkiej reorganizacji i wzmocnieniu cyrkulacji stratosferycznej.
Patrząc na analizę temperatury NASA dla stratosfery, możemy zobaczyć duży skok temperatury na poziomie 10 mb (30 km), który znajduje się w środkowej stratosferze. Drugie zdjęcie przedstawia analizę temperatury w niższych warstwach stratosfery na poziomie 50 mb (20 km), również wykazując bardzo wyraźny skok temperatury.
Zerkając jeszcze niżej, mamy poziom 150 mb, który jest jakby granicą lub „strefą buforową” między stratosferą a troposferą. Tutaj również możemy zobaczyć skok temperatury, co oznacza, że ocieplenie było dość mocne i szybkie.
DAWNE WYDARZENIA POGODOWE POZWALAJĄ NAM PRZEWIDZIEĆ PRZYSZŁE TRENDY
Zanim przyjrzymy się bliżej prognozom pogody i ich związkowi z wirem polarnym, musimy przyjrzeć się kilku historycznym przykładom podobnych wydarzeń. Historia może być czasami najlepszym nauczycielem na przyszłość, aw nauce może to być prawdą częściej niż nie.
Poniżej mamy 2 obrazy, które są dość łatwe do odczytania i zrozumienia. Pokazują czas od lewej do prawej i wysokość od dołu do góry. Kolory pokazują anomalię temperaturową, czerwony jest cieplejszy niż normalnie, a niebieski jest zimniejszy niż normalnie. Możemy dobrze śledzić postęp wydarzeń w stratosferze w czasie i na wysokości.
Możemy zobaczyć progresję ocieplenia ze szczytu stratosfery, która z czasem spada. Pierwsze zdjęcie przedstawia ocieplenie stratosfery w 2004 roku, a drugie zdjęcie przedstawia wydarzenie z 2013 roku.
Ważnym wnioskiem jest to, że ocieplenie postępuje dość szybko w troposferze i może szybko wpłynąć na naszą pogodę. Ale zwykle zatrzymuje się na poziomie 100mb lub 150mb (12-15km). Jest to normalne, ponieważ w naszej troposferze możemy zobaczyć wiele silnych układów pogodowych, które w niektórych przypadkach mogą odbijać / odwracać wszelkie nadchodzące efekty ze stratosfery.
Poniżej mamy podobne dwa obrazy, ale z anomaliami ciśnienia zamiast temperatury. Ale tutaj faktycznie można zobaczyć punkty łączące między wysokim ciśnieniem spadającym w dół a warstwą powierzchniową w regionie polarnym. W obu przypadkach efekt końcowy był postrzegany jako indywidualne połączenia z dolnymi poziomami w czasie, zakłócające rozwój pogody. Wskazuje to, że wpływ zdarzeń rozpadu wiru polarnego okresowo zakłóca rozwój pogody w skali podsezonowej, przypominając falowanie lub rezonans.
Z oczywistych powodów nie mamy jeszcze tej samej grafiki na 2021 r. Ponieważ nadal potrzebujemy zebrać więcej danych. Ale możemy spojrzeć na dane prognozy na podobnym obrazku poniżej.
To, co widzimy, jest bardzo podobnym schematem, jak w 2004 i 2013 r. Ujemne wartości na tym obrazie reprezentują wyższe ciśnienie. Widzimy więc opadające wysokie ciśnienie, nawiązujące indywidualne kontakty z niższymi warstwami. Oznacza to, że wpływ nie jest stały za każdym razem, ale raczej okresowy.
Postanowiliśmy również przyjrzeć się wzorcom pogodowym przed wydarzeniami z 2004 i 2013 roku. Jak widać na poniższych obrazkach. Na pierwszym zdjęciu z 2004 roku widać, że wzór był już ustawiony na chłodniejszą pogodę nad Europą, dzięki silnemu systemowi wysokiego ciśnienia na północnym Atlantyku. Stany Zjednoczone były generalnie łagodniejsze, z południowym przepływem dominującym w większości kontynentalnych Stanów.
W 2013 roku sytuacja wyglądała zupełnie odwrotnie. Wzór nad Stanami Zjednoczonymi był generalnie chłodniejszy niż w 2004 r. Podczas gdy Europa nawet w tym momencie była od łagodnej do ciepłej.
Podczas tej zimy wzór jest połączeniem obu. Mamy kolejny epizod chłodniej/ zimniej w Europie, jak w 2004 roku, dzięki systemom wysokiego ciśnienia na północnym Atlantyku. Jednocześnie zwróciliśmy uwagę na kilka przyzwoitych epizodów zimna w Stanach Zjednoczonych.
Jednak po załamaniu się wiru polarnego i ociepleniu w stratosferze, wzorce ciśnienia zmieniły się dość istotnie w 2004 r, a także w 2013 r. Poniższy rysunek przedstawia wzór ciśnienia miesiąc po załamaniu się wiru polarnego w 2004 r. Silny układ wysokiego ciśnienia na północnym Atlantyku został zastąpiony silnym głębokim systemem niskiego ciśnienia, a wysokie ciśnienie przeniosło się do regionów Arktyki. Dramatycznie inny wzór niż przed załamaniem się wirów polarnych.
Patrząc na miesiąc po załamaniu się wiru polarnego w 2013 roku, widzimy również odwrotny wzór. Silny system wyżowy znajduje się nad Oceanem Arktycznym, a system niskiego ciśnienia jest przenoszony do Europy i środkowej Kanady.
Teraz musimy przyjrzeć się temperaturom 0-30 dni po załamaniu się Polar Vortex. Widzimy, że pogoda całkowicie się zmieniła. W 2004 roku widzimy, że chłodniejsze powietrze dominuje w większości Kanady i wschodnich Stanów Zjednoczonych. W Europie mamy łagodniejsze i cieplejsze niż normalnie temperatury, podczas gdy północna i wschodnia / środkowa Europa jest przeważnie chłodniejsza niż normalnie. Największą zmianę pogody zaobserwowano tutaj w Stanach Zjednoczonych.
0-30 dni po załamaniu się wiru polarnego w 2013 r. Temperatury w większości Europy spadły, wraz ze zwiększonymi opadami śniegu nawet w okresie wiosennym. W Ameryce Północnej chłodniejsze powietrze utrzymywało się głównie w środkowej Kanadzie, z wyższymi niż zwykle temperaturami we wschodnich i południowych Stanach Zjednoczonych. W zachodnich Stanach Zjednoczonych odnotowano nieco niższe temperatury niż normalnie.
Podsumowując, te dwa przykłady ładnie pokazują nam, jak wzór pogody prawie całkowicie się odwrócił po załamaniu się wiru polarnego. Miejsca, które wcześniej były zimne, były wtedy zimniejsze, a miejsca, które wcześniej były cieplejsze, miały zimową pogodę. Nie jest to ścisła zasada, bo każde takie wydarzenie to wyjątkowy przypadek. Ale w większości przypadków zaobserwowano pewne efekty.
Jednak zdarzały się kolapsy wiru polarnego, które nie miały wykrywalnego wpływu na pogodę. Zwykle dzieje się tak dlatego, że efekty były albo zbyt słabe, albo nie sięgały dostatecznie daleko. Skutki spadające ze stratosfery można również odwrócić lub „zaprzeczyć”, jeśli istniejące wzorce ciśnienia są już bardzo silne, solidne i wymuszone, uniemożliwiając takie zewnętrzne zakłócenia ze stratosfery.
PROGNOZA POGODY PO ROZPADZIE WIRU POLARNEGO
Widzieliśmy teraz zmiany, które zaszły po ociepleniu stratosfery w 2013 i 2004 roku. Ale czego możemy się spodziewać po naszym obecnym zdarzeniu rozpadu wiru polarnego w 2021 roku?
Patrząc 10 dni do przodu, możemy już dostrzec dość zimowy wzór. Mniej więcej w tym czasie pojawia się silny system wysokiego ciśnienia nad Grenlandią. Może to być związane ze zdarzeniami stratosferycznymi, ale dalsza analiza będzie musiała potwierdzić bezpośredni lub pośredni związek z nim.
Tak silne blokowanie oznacza oczywiście mniejsze ciśnienie we wschodnich Stanach Zjednoczonych oraz na sektorze syberyjskim i Europie. Widzimy ujemną anomalię rozciągającą się w kierunku Europy, sugerującą prawdopodobny korytarz dla chłodniejszego transportu powietrznego w przepływie quasi-biegunowym.
Anomalie temperaturowe również pokazują dość fenomenalny wzór zimowy. Wyparte przez wysokie ciśnienie nad regionami Arktyki, zimne powietrze przedostaje się do środkowych i wschodnich Stanów Zjednoczonych. Widzimy również duży obszar niższych niż normalnie temperatur rozciągających się od sektora syberyjskiego aż po zachodnią Europę w tym Polskę.
Będzie to jedna z tych rzeczy, na które należy uważać, ponieważ te spływy zimnego powietrza ze wschodu mogą czasami być dość intensywne z dużą ilością opadów śniegu, jeśli występuje wilgoć lub mieszanie się z cieplejszym powietrzem. W Europie, a zwłaszcza na Wyspach Brytyjskich, te wybuchy zimnego powietrza są dobrze znane jako „bestia ze wschodu”.
Prognoza zmian grubości śniegu, która pokazuje wzrost grubości śniegu w ciągu najbliższych 10 dni, do 19 stycznia. Widzimy wyraźnie, że w większości zachodnich i północno-zachodnich Stanów Zjednoczonych pokrywa śnieżna, tam gdzie występuje, również topnieje, także na Środkowym Zachodzie. W niektórych częściach północno-wschodnich Stanów Zjednoczonych nastąpi pewien wzrost grubości pokrywy śnieżnej / pokrywy śnieżnej, podobnie jak w północnej i wschodniej Kanadzie.
W całej Europie możemy zobaczyć dość znaczny wzrost grubości pokrywy śnieżnej w ciągu najbliższych 10 dni, zwłaszcza w Skandynawii, Europie Wschodniej i na wyżynach bałkańskich. W Hiszpanii i na Wyspach Brytyjskich obserwuje się pewne zmniejszenie głębokości śniegu, ponieważ obecna pokrywa śnieżna z uwagi na coraz wyższe temperatury zacznie się topić.
Ale kiedy spojrzymy na zmianę grubości śniegu z dnia 10 na dzień 16, widzimy dość dużą zmianę, szczególnie w Stanach Zjednoczonych. Przewiduje się, że grubość pokrywy śnieżnej / pokrywy śnieżnej rozszerzy się i pogłębi w większości północno-wschodnich Stanów Zjednoczonych i północno-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Postęp pokrywy śnieżnej jest również prognozowany na Środkowym Zachodzie, a także w południowych regionach centralnych. To wciąż tylko prognoza, ale ogólny wzorzec z silnymi blokadami nad Grenlandią generalnie wspiera ten pomysł.
W Europie obserwujemy pewne zmniejszenie się pokrywy śnieżnej na dalekim wschodzie. Ale widzimy dalszy wzrost w Skandynawii, a pokrywa śnieżna rozszerza się w głąb Europy Środkowej i na Wyspy Brytyjskie. Wskazuje to jednak na aktywny transport zimnego powietrza i tak zwaną „bestię ze wschodu”, przynajmniej w jakimś kształcie lub formie.
Patrząc na prognozowany wówczas schemat ciśnienia, możemy zobaczyć, dlaczego pokrywa śnieżna przesuwa się nad Stanami Zjednoczonymi i Europą. Mamy potrójny „sojusz” wysokiego ciśnienia w Ameryce Północnej. Jeden silny system wznoszący się na północnym Pacyfiku, drugi nad Morzem Beauforta i blokujący nad Grenlandią. Teoretycznie wspomaga to transport zimnego powietrza w dół do kontynentalnych Stanów Zjednoczonych, umożliwiając wzrost pokrywy śnieżnej, który widzieliśmy w przedziale 10-16 dnia.
Widzimy również kontrast z silnym systemem niskiego ciśnienia nad Europą, który powinien przetransportować dość zimnego powietrza na kontynent. W tym zakresie nie można tak naprawdę powiedzieć, jak zimne lub dokąd dokładnie to powietrze pójdzie. Ale taki wzór sam w sobie może otworzyć wrota do koła polarnego i pozwolić na wypuszczenie zimniejszego powietrza na całkiem dużym obszarze kontynentu.
Pokazuje to poniższa prognoza temperatury, ale musimy wziąć pod uwagę, że jest to prognoza zbiorcza i byłaby bardziej „rozłożona” na chłodniejsze powietrze, ponieważ w tej uśrednionej prognozie znajduje się więcej indywidualnych obliczeń.
Ogólnie rzecz biorąc, pokazuje chłodniejsze powietrze otaczające Skandynawię, północno-wschodnią Europę i rozciągające się w kierunku Wysp Brytyjskich. Europa Środkowa i Zachodnia generalnie nie są tak zimne, ale ta prognoza zmieni się w przyszłości w takim czy innym kierunku.
W miejscach na pograniczu zimniejszego i cieplejszego powietrza na południu można było zobaczyć większe ilości śniegu w tych „zimno-ciepłych strefach bitew”, przy zapewnieniu wilgoci. Historycznymi przykładami są duże opady śniegu na północnych i południowych Bałkanach. Ale wybiegamy w tym momencie zbyt daleko w przyszłości, aby omawiać jakiekolwiek szczegółowe możliwości. W tym zakresie trendy mają największe znaczenie, ponieważ wiele może się zmienić.
W Ameryce Północnej widzimy aktywny transport zimnego powietrza z zachodniej i środkowej Kanady do środkowych i wschodnich Stanów Zjednoczonych. Potwierdza to pogląd, że pokrywa śnieżna rozprzestrzenia się w większości kontynentalnych Stanów Zjednoczonych, a nawet w południowo-centralnej części, jeśli ta prognoza się utrzyma.
Patrząc na ostatni tydzień stycznia, wzór nadal w dużym stopniu się utrzymuje. Główna różnica dotyczy Ameryki Północnej, z cofnięciem się obszaru niższego ciśnienia dalej na północ do zachodniej Kanady.
W Europie nadal mamy anomalię niskiego ciśnienia obecną na większości kontynentu.
Anomalie temperaturowe nadal wskazują na transport zimniejszego powietrza z zachodniej Kanady, ale już nie tak daleko na południe, ponieważ system niskiego ciśnienia przesunął się dalej na północ. Wciąż oznaczałoby to chłodniejsze powietrze dla północno-zachodnich Stanów Zjednoczonych, Środkowego Zachodu i części północnego wschodu.
W Europie anomalia ujemna jest nadal obecna i prawdopodobnie pozostanie tak długo, jak długo będzie funkcjonował grenlandzki system wysokiego ciśnienia, utrzymujący niższe ciśnienie w obiegu w Europie.
Taka mroźna pogoda nigdy nie jest gwarancją w przypadku jakiegokolwiek upadku wiru polarnego, a w tym roku nie jest inaczej. Obecnie prognozowane trendy zapowiadają się dobrze dla odpowiedniej dynamiki zimy w Ameryce Północnej i Europie. Zawsze należy zachować ostrożność, ponieważ interpretujemy tylko prognozy, które posiadamy, co nie gwarantuje, że rozwinie się to w ten sposób.
Dostępnych jest również wiele innych modeli, a każdy model może mieć własne wyobrażenie o tym, jak pogoda może się rozwijać w tej sytuacji wir polarny. Gdybyśmy dodali wszystkie różne modele do tego artykułu, byłby on jeszcze bardziej absurdalnie długi. Zdecydowaliśmy się jednak na model GEFS, ponieważ obecnie pokazuje on bardziej klasyczną reakcję pogodową na załamanie się wiru polarnego i służy jako dobry przykład.
Źródło tekstu i grafik. https://www.severe-weather.eu/, tłumaczenie z języka angielskiego we własnym zakresie.