Termenul de vortex polar a intrat în vocabularul curent după ce mass-media a prezentat în detaliul răcirea accentuată a vremii din Statetele Unite de la începutul iernii 2014. Prezentat de obicei ca un fenomen meteorologic extrem, vortexul polar nu este un fenomen extrem și nici unul rar. Vortexul polar este menționat în literatura de specialitate în ani 1940 mai întâi ca vortex circumpolar și apoi ca vortex polar după 1960. Așa cum a fost indicat de către Waugh et al. (2017) vortexul polar și fenomene meteorogice extreme asociate uneori acestuia (i.e., răciri accentuate) trebuie considerate fenomene tranzitorii și nu “modificări majore ale circulației atmosferice la scară globală” care au apărut recent (Waugh et al. 2017).
Ce este însă vortexul polar? Conform definiției din “Glosarul de Meteorologie“ editat de Societatea Americană de Meteorologie vortexul polar este un termen utilizat în general pentru a descrie “o circulație circumpolară la scară planetară situată la altitudini medii și înalte” (AMS Glossary). Pentru a înțelege mai bine această definiție trebuie să pornim de la structura verticală a atmosferei.
Atmosfera este împărțită în mai multe straturi însă troposfera și stratosfera sunt relevante pentru a înțelege cum se formează vortexul polar. Troposfera este stratul cel mai jos al atmosferei. Pe măsură ce urcăm în troposefera temperatura aerului scade. Deasupra troposferei se află strastoferă. În stratosferă temperatura aerului crește odată cu creșterea altitudinii deoarece în acest strat atmosferic se află stratul de ozon. Ozonul absoarbe radiația solară, în special în domeniul ultaraviolet, rezulând astfel o creștere a temperaturii de mai mari de -60°C în regiunea inferioară la aproximativ 0°C în regiunea superioară a stratosferei (i.e., stratopauză).
În timpul iernii, deoarece soarele se află sub linia orizontului, în regiunea polului nord (pentru a simplifica discuția am considerat doar emisfera nordică în acestă discuție) stratosfera devine mult rece. Datorită acestei răciri un contrast de temperatură între stratosfara de deasupra polului nord și cea de deasupra regiunilor situate la latitudini mai joase (i.e., regiunea subtropicală). Acest contrast duce la apariția unei regiuni relativ înguste din atmosferă ce conține vânturi cu viteză foarte mare. Acesta este curent jet stratosferic (sau polar night jet). [Voi reveni asupra conceptului de curent jet (jet stream) în postarea de săptămâna viitoare.]
Acest curentul jet din stratoferă care se deplasează de la vest la est și care poate ajunge până la viteze de 250 km/h, înconjoară o regiune de aer extrem de rece centrată deasupra Polului Nord formând astfel vortexul polar stratosferic. Un vortex asemănător există în troposfera având o influneță mult mai mare asupra vremii în comparație cu cel stratosferic (Figura 1). Cele două vortexuri nu sunt direct conectate și au evoluții anuale diferite. Vortexul troposferic există de-a lungul întregului an în timp ce vortexul stratosferic începe să dispară în martie și să reapară în septembrie ajungând la intensitatea maximă în ianuarie-decembrie.
Figura 1. Reprezentare schematică a vortexului troposferic polar (roșu) și a vortexului stratosferic polar (albastru). De remarcat sunt “ondulațiile“ de-a lungul vortexului troposferic care în general nu sunt observate de-a lungul vortexului stratosferic. Imaginea este preluată din Waugh et al. (2017, Fig. 1). Copyright American Meteorological Society.
Cum influențează vortexul polar vremea de la latitudiniile noastre? Existența vortexului stratosferic polar sau un vortex stratosferic polar intens nu înseamnă că Europa va fi lovită de un aer polar iar temperaturile vor scădea dramatic. În general vortexul stratosferic polar are un impact redus asupra vremii deoarece stratosfera și troposfera rămân separate.
Atunci când undele Rossby (unde scară planetară care apar datorită rotației Pământului, voi reveni asupra lor într-o postare viitoare) se propagă din troposferă în stratosferă acestea pot perturba vortexul stratosferic polar ducând la o scăderea intensității acestuia și la o “rupere” simetriei circulare a acestuia în jurul Polului Nord (Waugh et al. 2017). Atunci când vortexul polar este pertubat (deplasat către sud sau “rupt“ în mai multe structuri de vortex) are loc un fenomen numit “încălzire stratosferică bruscă“ (sudden stratospheric warming). Aceste încălziri stratosferice bruște au loc odată la doi ani în emisfera nordică (Charlton and Polvani 2007). Atunci când aceste perturbațiil din stratosferă ajung la limita cu troposfera (ceea ce numim tropopauză) ele pot avea un impact asupra vremii. Acest impact se realizează prin intermediul curentului jet. Influenta vortexului stratosferic polar asupra curentului jet nu este una imediată ci este exercitată de-a lungul mai multor săptămăni.
Figure 2. Vortexul polar stabil (stânga) și vortex polar “perturbat“ (dreapta). Imagine preluată din “The science behind the polar vortex: You might want to put on a sweater“ (NOAA). Copyright American Meteorological Society.
Atunci când vortexul stratosferic polar este perturbat de un eveniment de încălzire stratosferică bruscă curentul jet este mai slab și deplasat către sud. În acest caz aerul rece se deplaseaza către sud cea ce rezultă în temperaturi scăzute la latitudini medii (Figura 2, stânga). În cazul opus, când vortexul stratosferic polar se intensifică tendița este acea de intensificare ulterioară a curentului jet și de deplasare a acestuia către nord (Figura 2, dreapta).
Concluzii. Vortexul polar nu este descoperire recentă. După 2014 eveniment a fost mentionat din ce in ce mai mult în mass-media și din acest motiv pentru publicul larg poate să apară ca un fenomen recent. Pătrunderile de aer rece dintre regiunea arctică sunt evenimente troposferice și se pot forma în absența unei influențe din stratosferă (Wuagh et el. 2017). Din acest motiv trebuie să face distincția dintre vortexul polar stratosferi și cel troposferic. În anumite condiții vortexul stratosferic polar poate fi pertubat și astfel este facilitată prin intermediul curentului jet pătrunderea aerului rece dinspre regiunea arctică către sud.