|
|
|
| Een polaire vortex is een grote, hardnekkige hoogtedepressie, gelegen nabij een van de geografische polen van een planeet. Op aarde vormen deze lagedrukcentra zich in de bovenste en middelste troposfeer en in de stratosfeer. |
| |
| Deze lagedrukzones zijn verbonden met een kern van koude lucht en veroorzaken thermische anticyclonen op het oppervlak in de nasleep van een poolfront, omdat wanneer de luchtmassa samentrekt en dichter wordt, deze een sterke druk op de vloer uitoefent4. De polaire vortex wordt in de winter intenser en verzwakt in de zomer, omdat deze afhangt van het thermische verschil tussen de evenaar en de polen. |
| Over het algemeen heeft de vortex een straal van niet meer dan 1.000 km en roteert de lucht binnen de vortex cyclonisch, hetzij tegen de klok in op het noordelijk halfrond, hetzij met de klok mee op het zuidelijk halfrond, onder invloed van de Corioliskracht. Er zijn twee Arctische vortexcentra: één nabij Baffin Island en de andere boven het noordoosten van Siberië, die respectievelijk overeenkomen met het centrum van de Noord-Amerikaanse anticycloon en met dat van de Siberische anticycloon. De Antarctische vortex bevindt zich meestal in de buurt van het Ross-platform, op 160 ° westerlengte, wat overeenkomt met het centrum van de Antarctische hoogte. |
| |
Omdat de polaire wervels ook worden aangedreven door een neerwaartse beweging van
de stratosfeer naar de middelste troposfeer, wordt een reeks hoogte-/drukkoppels gebruikt om de positie ervan te markeren. Het isobare oppervlak van 50 hPa wordt meestal gebruikt om de stratosferische locatie ervan te identificeren6. Sommige meteorologen gebruiken lagere niveaus, tot een drukniveau van 500 hPa (ongeveer 5.460 meter boven zeeniveau in de winter), om de polaire vortex te identificeren7. De omvang van de gesloten potentiële temperatuurcontouren in de tropopauze kan worden gebruikt om de intensiteit ervan te bepalen. |
|
|
 |
Daling van de polaire vortex boven Quebec en
Maine op de ochtend van 21 januari 1985 |
|
Polaire wervelingen ontstaan, zoals hun naam aangeeft, nabij de polen door het temperatuurverschil tussen de evenaar en de poolgebieden.
De intensivering en afname van de polaire vortex wordt daarom aangedreven door de beweging van luchtmassa's en warmteoverdracht in het poolgebied. |
| |
In de zomer is de zonneschijn bijna continu op de pool en is het temperatuurverschil daarom kleiner en gelokaliseerd in de buurt van de pool.
De vortex is daar daarom het zwakst en extratropische cyclonen die naar hogere breedtegraden migreren, kunnen de vortex verstoren door depressies te vormen die in de polaire luchtmassa zijn uitgesneden. Deze individuele wervelingen kunnen langer dan een maand aanhouden. |
| |
In de herfst nemen de circumpolaire windsnelheden toe en stijgt de polaire vortex de stratosfeer in terwijl de temperaturen aan de pool dalen en de
nacht bijna permanent wordt. Als gevolg hiervan vormt de polaire lucht een steeds samenhangendere luchtmassa, de polaire vortex. Aan het begin van
de winter is het temperatuurverschil het grootst en is de draaikolk het meest intens. De vortexkern koelt dan af, de wind neemt af en de energie van de vortex neemt af. |
| |
| In de late winter en het vroege voorjaar is de vortex op zijn zwakst en kunnen grote fragmenten van de koude koepel onder de vortex naar lagere breedtegraden worden omgeleid door sterkere weersystemen die vanuit deze breedtegraden binnendringen. |
| |
Op het laagste niveau van de stratosfeer blijven gedurende de zomer sterke gradiënten van potentiële vorticiteit bestaan en het merendeel van deze lucht blijft opgesloten nabij de polen, lang nadat de vortex in de stratosfeer is opgelost. |
|
 |
Typische positie van de vortex
in november 2013 |
|
|
 |
| Polaire vortex verzwakt en splitst op 5 januari 2014 |
|
| |
| Vulkaanuitbarstingen in de tropen kunnen ook leiden tot een sterkere polaire vortex in de winter, tot twee jaar na de gebeurtenis. De sterkte en positie van de polaire vortex beïnvloeden de atmosferische circulatie over een groot gebied eromheen. Een index die op het noordelijk halfrond wordt gebruikt om de omvang ervan te meten, is de waarde van de Arctische Oscillatie. |
| |
| Plotselinge verzwakking |
| De plotselinge daling van de winteractiviteit van de polaire vortex is een extreem fenomeen, bekend als Sudden Stratospheric Warming (SSW), en gaat gepaard met een spectaculaire stijging van de temperatuur van de stratosfeer in de orde van 30 tot 50 °C binnen een paar dagen . Een deel van de vortex kan dan naar lagere breedtegraden afdalen en de koepel van zeer koude lucht met zich meebrengen. In de winter heeft een abnormaal zwakke polaire vortex gevolgen voor een groot deel van het noordelijk halfrond. De gemiddelde temperaturen liggen over het algemeen onder normaal in de gematigde zones van Noord-Amerika en Eurazië, terwijl ze ten noorden van de poolcirkel over het algemeen boven normaal liggen. |
| |
| Arctische en Antarctische variaties |
Normaal gesproken is de Arctische vortex langgerekt, met twee cyclooncentra, één boven Baffin Island in Canada en de andere ten noordoosten
van Siberië. Wanneer het in de winter het meest intens is, is er maar één centrum. De vortex is het krachtigst in de winter, wanneer de temperatuurgradiënt het steilst is, en kan in de zomer aanzienlijk afnemen of zelfs verdwijnen |
| |
De Antarctische polaire vortex is meer uitgesproken en hardnekkiger dan die in de Noordpool: de oorzaak van dit fenomeen komt voort uit de verdeling van land en reliëf op het noordelijk halfrond, wat het fenomeen van Rossby-golven accentueert, wat leidt tot een daling van de activiteit
van de vortex, terwijl in Op het relatief vlakke zuidelijk halfrond verstoort geen enkel specifiek fenomeen de activiteit van de vortex. |
| Uit een onderzoek uit 2001 bleek dat stratosferische circulatie abnormale effecten op weerpatronen kan hebben. Winters met een zwakke polaire vortex worden geassocieerd met een afdaling van ijskoude lucht naar lage breedtegraden. Zo werd de koudegolf van 2014 in Noord-Amerika veroorzaakt door een afdaling van de Arctische koepel richting het Amerikaanse Midwesten, waardoor het mogelijk werd om in de winter van 2013-2014, vooral in januari, verschillende records te breken voor lage temperaturen in Midden- en Oost-Noord-Amerika. |
| |
In hetzelfde jaar vonden onderzoekers een statistische correlatie tussen een zwakke polaire
vortex en concentraties van ernstige verkoudheidsgevallen op het noordelijk halfrond13. Meer recentelijk hebben wetenschappers interacties geïdentificeerd met de afname van het zee-ijs in de Noordpool, verminderde sneeuwbedekking, verdampingspatronen, afwijkingen in de Noord-Atlantische Oscillatie (NAO) of gerelateerde weersafwijkingen. |
| |
| Voor langetermijnconclusies zullen er tientallen jaren nodig zijn om natuurlijke variabiliteit te kunnen onderscheiden van klimaattrends. De algemene hypothese is echter dat de vermindering van de sneeuwbedekking en het zee-ijs als gevolg van de opwarming van de aarde de reflectie van zonlicht vermindert, waardoor de verdamping toeneemt, waardoor op zijn beurt de drukverdeling en de temperatuurgradiënt van de polaire vortex veranderen, waardoor deze verzwakt. |
|
|
 |
| De Schuylkill-rivier in Philadelphia, bevroren door vriestemperaturen tijdens de polaire vortex-invasie in 2014. |
|
| |
| Dit wordt duidelijk wanneer de amplitude van de Rossby-golven een aanzienlijke kronkeling in de straalstroom veroorzaakt, waardoor transport van warmere lucht naar de noordpool en polaire lucht op lage breedtegraden mogelijk is. De amplitude van de straalstroom neemt toe met een zwakkere polaire vortex, waardoor de kans op weersblokkades groter wordt. Eén van die recente blokkeringsgebeurtenissen vond plaats toen een anticycloon boven Groenland werd gestationeerd en de circulatie veranderde, zodat de orkaan Sandy richting de noordoostkust van de Verenigde Staten trok in plaats van het gebruikelijke traject richting de Noord-Atlantische Oceaan te volgen. |
| |
| Daling van de ozonlaag in de stratosfeer |
Chemische reacties die verband houden met de Antarctische polaire vortex veroorzaken een scherpe daling van de ozonconcentratie. Het volgende mechanisme ligt aan de oorsprong: salpeterzuur in stratosferische wolken reageert met aërosolverbindingen en vormt zo chloor, wat tot gevolg heeft dat de fotochemische vernietiging van ozon wordt gekatalyseerd. Deze wolken kunnen zich alleen vormen bij temperaturen onder de −80°C.
De chloorconcentraties nemen dus toe tijdens de poolwinter, en de resulterende ozonvernietiging is groter wanneer het zonlicht in de lente terugkeert met verhoogde zonne-energie. |
| |
Omdat er een grotere luchtuitwisseling is tussen het Noordpoolgebied en de middelste breedtegraden, is de aantasting van de ozonlaag op de Noordpool veel minder ernstig dan in het Zuiden. Als gevolg hiervan wordt de seizoensgebonden verlaging van de ozonniveaus in het Noordpoolgebied over het algemeen gekarakteriseerd
als een "ozonbult", terwijl de ernstigere aantasting van de ozonlaag boven Antarctica wordt beschouwd als een ozongat. |
| |
| Dit fenomeen is natuurlijk, maar menselijke activiteit heeft het versterkt. In feite heeft de productie van stikstofoxiden door het gebruik van fossiele brandstoffen de concentratie salpeterzuur die nodig is voor dit fenomeen aanzienlijk verhoogd. |
|
|
 |
| Ozonconcentratie op 22 februari 2012
op het zuidelijk halfrond. |
|
|
|
|
|
|
|
