ANALIZA | Sudden stratospheric warming (SSW) 2019., I dio

U prošloj analizi, spominjan je polarni vrtlog (PV). U ovim i narednim analizama, bit će više riječi o njemu kao i naglom zatopljenju u stratosferi (SSW). Ovdje neće biti detaljno pisano o samoj strukturi, osobinama i drugim odlikama PV-a.
Naime, postoje različite intepretacije PV-a od strane različitih studija, zato ćemo napraviti samo kraći uvod. 

Polarni vrtlog (vorteks)

Troposfera je sloj atmosfere u kojem se odvijaju glavne meteorološke pojave. Međutim, da bi shvatili uzročno-posljedične veze nekih meteo pojava oko nas, moramo događajea u atmosferi gledati “malo više” trodimenzionalno.
Numerički modeli (GFS, ECMWF, UKMO, GEM…) za običnog korisnika predstavljaju neki dvodimenzionalni prikaz atmosfere, u obliku kretanja ciklona, anticiklona, oblaka, vjetrova, oborina…
Da bi svorili potpunu sliku moramo gledati nekada atmosferu i do 50 km iznad nas. Troposfera se proteže do nekih 10 km, iznad toga je tropopauza, nakon nje se nalazi stratosfera. 

Stratosfera tijekom zime može imati puno utjecaja na pojave pri samoj površini zemlje. Termodinamičke promjene zimi u stratosferi mogu biti toliko snažne da mogu stvoriti velike rizike za širenje ekstremno hladnih zračnih masa izvan polarnog kruga. 
Zbog takvih utjecaja smo krajem veljače i u ožujku 2018. godine imali onaj ledeni i snježni val. To se dogodilo zbog naglog zagrijavanja stratosfere, sudden startospheric warming (SSW).
Tada temperatura u stratosferi, u nekim njenim dijelovima, za samo par dana naraste preko 60°C. 


Neki autori ne prave baš tako jasno odvajanje stratosferskog polarnog vrtloga (SPV) i troposferskog polarnog vrtloga (TPV), ali za jednostavan prikaz uzet ćemo ovaj prikaz PV-a.

slika



SPV se stvara i jača početkom jeseni, a nestaje u proljeće svake godine. Kada su povezani, SPV i TPV, pri odgovarajućoj dinamici o kojoj će biti riječi, mogu napraviti zimske poteškoće preko većeg dijela sjeverne hemisfere. 


Vrtlog stratosfere također se može definirati koherentnim područjem niske geopotencijalne visine koje je zatvoreno zapadnim (zonalnim) strujanjem, kao što je prikazano na sljedećoj slici. Ima rotirajući bazen hladnog, gustog zraka, koji se okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Debela kontura na slici je geopotencijalna visina koja predstavlja rub vrtloga, crna boja TP (300hPa) , bijela boja SPV (50hPa). Kako idemo prema troposferi vrtlog kao da se širi, jer je troposferski vrtlog širi od stratosferskog. 

slika

Vrlo važnu stvar ovdje moramo spomenuti za dalje, a to su stratosferski zapadni vjetrovi. Jaki kružni polarni, zapadni vjetrovi koji definiraju stratosferski polarni vrtlog maksimalni su na oko 60 ° geografske širine, iznad tropopauze (∼100 hPa) u mezosferu (iznad 1 hPa). Ti vjetrovi prikazuju ugrubo rečeno zdravlje vrtloga, ako su oni malih brzina, onda je PV slab, ako su velikih brzina onda je PV jak. Nekada može doći do totalnog okreta na istočne smjerove vjetra, tada govorimo o nekoj vrsti SSW-a. 

Jak PV

Jako je uobičajenije stanje PV-a. Kada je PV jak, to stvara snažan niski tlak u arktičkoj regiji. Zbog razlike tlaka između Arktika i srednjih geografksih širina, zrak struji ka nižem tlaku i to ograničava hladni zrak na visoke geografske širine bliže Arktiku. Stoga je zima često blaga u istočnom dijelu SAD-a, Europe i istočne Azije, kada je PV jak.

Tijekom jakog PV-a, protok zraka je brz i u smjeru od zapada prema istoku, postoji jako zonalno strujanje. 

Nizak tlak u arktičkoj regiji naziva se pozitivna faza Arktičke oscilacije (+AO). Drugi važan indeks je sjevernoatlantska oscilacija (NAO) koji je također pozitivan pri jakom PV-u.

Slab PV

Kada je PV slab ili ometen, protok zraka je slabiji i meandrira (krivuda u obliku položenog slova S) prema sjeveru i jugu (umjesto od zapada prema istoku).
To omogućuje preraspodjelu zračnih masa gdje se hladni zrak iz Arktika izlijeva u srednje širine, a topli zrak iz subtropskih predjela prenosi se na Arktik. 

Tijekom slabog PV-a, visoki tlak se događa u arktičkoj regiji i naziva se negativna faza Arktičke oscilacije (- AO). Omogućava se spuštanje hladnog artičkog zraka daleko na jug.

Na sljedećoj slici pobliže ćemo objasniti gore navedeno, lijeva strana jaki (stabilni) polarni vrtlog, desna strana slabi (nestabilni) polarni vrtlog.

slika

Na slici je prikazan jet stream (mlazna struja), snažni vjetrovi na 200-300 hPa (9000 – 12000 metara). Jet stream je pojava jakih vjetrova u gornjoj troposferi i donjoj stratosferi male širine protoka od nekoliko stotina kilometara i debljine do 2 km. Obavijaju cijelu Zemlju, ali diskontinuirano (s prekidima). Mlazna struja nastaje kao posljedica rotacije Zemlje i različitog termičkog zagrijavanja polova i ekvatora. 

Uzročnici slabljenja PV-a

Do slabljenja PV-a, prema raznim istraživanjima, dolazi ili je povezano zbog:
– površina pod listopadskim snijegom u području Sibira (preko kojeg se kasnije stvaraju jake anticiklone koje utječu na slabljenje vrtloga), što je veća površina veće su šanse za jake anticiklone zimi.
– manjak leda na području Karskog i Barentsovog mora (B-K regija); često povezano s anticiklonalnim blokovima oko Skandinavije što smo imali ovu jesen,
– istočnog QBO-a (quasi-biennial oscilacija) koji je povoljniji nego zapadni,
– jaka BDC (Brewer-Dobson cirkulacija)

Pošto je puno već pisano o ostalim parametrima zadržat ćemo se samo nakratko na BDC (Brewer-Dobson circulation). Kada BDC jača ogleda se u hlađenju stratosfere iznad ekvatora, istovremeno koncentracija ozona na sjevernom polu se povećava. Povećanje BDC-a znak je povećanog transporta ozona prema polovima, što bi imalo za posljedicu zagrijavanje stratosfere, slabljenje PV-a. 

Gore su navedeni neki parametri koji utječu na slab PV, a koje možemo znati prije ili tijekom samog početka zime. Neke ostale parametre gledamo tijekom zime. Među njima su utjecaji ENSO faza, MJO faza, površinske temperature oceana (SST)… 

Ono što smo do sada imali je jaka BDC, manjak leda u B-K regiji i brzo širenje snježnog pokrivača u Sibiru u zadnjem tjednu listopada, dok se QBO prebacuje u zapadni režim. Možemo reći da su se dogodile tri pozitivne i jedna negativna stvar.
Često se znalo dogoditi ranije da bude naglog zatopljenja u stratosferi (SSW-a) i sa ovakvim rasporedom snaga.