|
Plotselinge stratosferische opwarming
|
|
|
| Plotselinge opwarming van de stratosfeer (SSW) is een meteorologisch verschijnsel waarbij de polaire vortex op het winterhalfrond ervoor zorgt dat de doorgaans westelijke wind binnen een paar dagen afneemt of zelfs omkeert. De verandering is te wijten aan een stijging van de stratosferische temperatuur van enkele tientallen Kelvins boven de vortex. |
| |
| Tijdens een typische winter op het noordelijk halfrond vinden er verschillende kleine opwarmingsgebeurtenissen in de stratosfeer plaats, waarbij een grote gebeurtenis ongeveer elke twee jaar plaatsvindt. Op het zuidelijk halfrond lijken ze minder vaak voor te komen en minder goed te worden begrepen. |
| |
| Geschiedenis |
| |
De eerste continue metingen van de stratosfeer werden uitgevoerd door Richard Scherhag in 1951.
Hij gebruikte radiosondes om betrouwbare temperatuurmetingen uit te voeren in de bovenste stratosfeer 40 km hoogte. Het was zijn volharding die hem ertoe bracht getuige te zijn van de eerste opwarming van de stratosfeer die op 27 januari 1952 werd waargenomen |
| |
Na zijn ontdekking stelde Scherhag een team van meteorologen samen om de stratosfeer aan de Vrije Universiteit van Berlijn te bestuderen. Deze groep was jarenlang doorgegaan met het in kaart brengen
van de stratosferische temperatuur en geopotentiële hoogte op het noordelijk halfrond met behulp van radiosondes en sonderingsraketten. |
| |
| In 1979 werden satellietweermetingen veel gebruikelijker. Hoewel ze voornamelijk voor de troposfeer werden gebruikt, registreerden ze ook gegevens voor de stratosfeer. Tegenwoordig worden satellieten, stratosferische radiosondes en andere instrumenten gebruikt om de stratosfeer te meten. De afbeelding hiernaast toont in rood de temperatuur gemeten volgens lidar-detectiegegevens, het blauw is dat van het CIRA-1986-model, het groen zijn de gegevens van de Aura/MLS-satelliet. |
| |
| Een correlatie tussen een sterke vervorming van de troposfeercirculatie werd geleidelijk geassocieerd met grote plotselinge opwarming van de stratosfeer (Sudden Stratospheric Warning of SSW). Deze vervorming bestaat voornamelijk uit de verzwakking van golven op kleinere schaal op synoptische schaal en de ontwikkeling van een situatie van blokkering van de atmosferische stroming over een aards gebied. In een onderzoek uit 19882 werden bijvoorbeeld de afwijkingen in temperatuur, neerslag en de vorming van meteorologische depressies gedurende zeventien maanden januari en februari in de Verenigde Staten vergeleken door onderscheid te maken tussen maanden met een SSW en andere. Tijdens de gemarkeerde SSW-maanden ontwikkelden zich in het midden van het continent intense koude en droge afwijkingen, nam de cycloonactiviteit in de Verenigde Staten (het sterkst langs de westkust) met 25% af (het sterkst langs de westkust) en werden er windafwijkingen waargenomen boven het oostelijke deel van het continent. Stille Oceaan, de Golf van Mexico, de Atlantische Oceaan en het noordoosten van Canada. |
|
|
 |
| Plotselinge opwarming van de stratosfeer boven Obninsk |
|
| Over het algemeen classificeren meteorologen de afbraak van polaire wervels door stratosferische opwarming in drie categorieën: groot, klein en definitief. Soms wordt een vierde categorie, de Canadese opwarming, opgenomen vanwege de unieke en onderscheidende structuur en evolutie ervan. |
| |
| Major (groot) |
Plotselinge stratosferische opwarmingen worden groot genoemd als de westenwinden op 60 N en 10 hPa (Geopotentiële hoogte) omdraaien,
oftewel oostelijk worden. Een volledige ontwrichting van de polar vortex treedt op en de vortex zal zich splitsen, of zal verdrongen worden van
haar normale locatie op de pool. |
| |
| Volgens de Commissie voor Atmosferische Wetenschappen van de Wereld Meteorologische Organisatie (Mclnturff, 1978) |
- Een stratosferische opwarming wordt een 'major' genoemd als op 10 mb of lager de gemiddelde temperatuur richting de pool toeneemt vanaf de
60e breedtegraad, mits een daarbij horende omdraaiende circulatie wordt waargenomen (dat is wanneer in eenzelfde gebied de normaal
gesproken heersende westenwinden worden overtroefd door oostenwinden). |
| |
| Minor (klein) |
| Kleine (minor) plotselinge stratosferische opwarmingen zijn gelijkend aan grote. Kleine zijn echter minder ingrijpend; de westenwinden nemen wel af, maar worden niet volledig een halt toegeroepen. Om die reden wordt bij een kleine plotselinge stratosferische opwarming nooit een ineenstorting van de polar vortex waargenomen. |
| |
| Mclnturff stelt: |
- Een stratosferische opwarming wordt tot de kleine gerekend als, in de winter, op welke hoogte in de hemisfeer dan ook, een aanzienlijke toename
in de temperatuur wordt waargenomen (ten minste 25 graden in een tijdsbestek van een week of minder). De polar vortex breekt niet en de
omkeer van de westenwind is minder omvangrijk. |
| |
| Final (laatste |
| De jaarcyclus van de stratosferische stromen bestaat uit twee fasen. In de winterfase is de gemiddelde stroming westelijk en in de zomerfase juist oostelijk. Een laatste (final) opwarming vindt plaats vlak voor de overgang van winter naar zomer. De polar vortex-winden draaien om, maar draaien niet terug om totdat de volgende winterfase zich aandoet. Dit is omdat de stratosfeer dan reeds de zomerfase heeft aangedaan. Het verschijnsel heet de laatste stratosferische opwarming omdat stratosferische opwarmingen niet in de zomer voor kunnen komen. |
| |
| Canadees |
| De Canadese opwarming vindt plaats tijdens de vroege winter in de stratosfeer van het noordelijk halfrond, meestal van half november tot begin december. Ze hebben geen tegenhanger op het zuidelijk halfrond. |
| Een van de oorzaken van deze grote opwarmingen op het noordelijk halfrond is het genereren van Rossby-golven met grote amplitude, golf nummer 1 of 2 in de onderliggende troposfeer als gevolg van het reliëf en de temperatuurcontrasten tussen het land en de oceanen. Deze golven stijgen naar de stratosfeer en verdwijnen daar, waardoor de wind wordt vertraagd en het Noordpoolgebied op deze hoogte wordt opgewarmd. |
| |
| Op een gegeven moment vormt de atmosferische circulatie een meteorologische blokkade in de troposfeer. Deze configuratie veroorzaakt Rossby-golven in het west-oosten met golfnummer 1 of 2 met ongewoon grote amplitudes. De groeiende golf plant zich voort in de stratosfeer en vertraagt de gemiddelde zonale winden. De nachtelijke polaire straalstroom verzwakt dus tegelijkertijd en wordt vervormd door toenemende planetaire golven. Als de atmosferische golven sterk genoeg zijn, kan de gemiddelde zonale stroming voldoende vertragen om de westelijke wind naar het oosten te laten draaien. |
| |
| Op dit punt kunnen planetaire golven niet langer de stratosfeer binnendringen4. Daarom wordt een opwaartse overdracht van energie volledig geblokkeerd en vindt er op dit kritische niveau een zeer snelle oostwaartse vertraging en opwarming van de polen plaats, die vervolgens moet dalen totdat de opwarming en zonale inversie de hele polaire stratosfeer beïnvloeden. |
| |
Er bestaat een verband tussen plotselinge opwarming van de stratosfeer en de quasi-tweejaarlijkse oscillatie (QBO): wanneer de OQB zich in zijn oostelijke fase bevindt, wordt de voortplanting van de atmosferische structuur zodanig gewijzigd dat Rossby-golven zich voortplanten naar de
polaire vortex, waardoor hun interactie met de gemiddelde stroom. Er is dus een statistisch significant onevenwicht tussen de frequentie van plotselinge opwarmingen van de stratosfeer als deze gebeurtenisse |
| |
| Ondanks dat plotselinge stratosferische opwarmingen vooral op planetaire schaal hun oorsprong vinden, hebben ze indirect ook een substantiële invloed op het weer in de biosfeer. Na een plotselinge stratosferische opwarming draaien de winden op grote hoogte om van richting. De oostenwinden die dan ontstaan dalen dan in de atmosfeer en reduceren de snelheid van de straalstromen, vaak gevolgd door het aantrekken van oostenwinden aan het aardoppervlak. In de weken na een PSO komen koude-uitbraken aan de grond vaker voor. Waar een koude-uitbraak plaatsvindt is afhankelijk van de positie van de drukgebieden. Dit kan in Europa zijn, maar ook in Noord-Amerika of Rusland. |
| |
Een goed voorbeeld van een koud verloop van de winter na een PSO met een splitsing van de Poolwervel is eind februari 2018 en maart 2018.
In februari 2018 vond er een PSO plaats waarna er zich vanaf 20 februari een sterk hogedrukgebied vormde boven Scandinavië. In Nederland
zorgde dit voor een vorstperiode van 25 februari tot 3 maart. Ook in het midden van maart werd het nog flink koud. In januari 2019 vond er ook
een PSO plaats met als gevolg een splitsing van de Poolwervel. Februari 2019 was echter een zeer warme maand met 6,1 graden gemiddeld door een hogedrukgebied dat zich boven Centraal-Europa bevond. Een PSO hoeft niet altijd voor winterweer te zorgen |
| |
| In de winter van 2020-2021 deed zich in de eerste week van januari een PSO boven de Noordpool voor. Op 14 januari werd deze door het KNMI gemeld. Uiteindelijk leidde dit tot een hogedrukgebied op de Noordelijke IJszee aan het aardoppervlak, dat van 30 januari tot en met 12 februari een luchtdrukwaarde van 1050 hPa of hoger bereikte. Op 10 en 11 februari was de luchtdruk tussen de Beaufortzee en de geografische Noordpool met 1065 hPa ongewoon hoog. Door een lagedrukzone die zich ten zuiden van Nederland bevond, was er tussen 7 en 14 februari sprake van een vorstperiode. |
| |
In de eerste 45 dagen na een PSO zijn gemiddeld 3 ijsdagen in de Bilt tegenover een langjarig gemiddelde van 2 ijsdagen. De verschillen zijn groot,
in januari 2019 na de PSO werden er 2 ijsdagen gemeten, terwijl in 2013 13 ijsdagen geteld werden in de eerste 45 dagen na de PSO. In 2021
waren dit er 7. |
| |
|
|
|
|
|
|
