Polární vír v letošní zimě: co ovlivňuje jeho sílu a chování
Polární vír představuje nejvýznamnější rys polární atmosférické cirkulace a důležitý prvek všeobecné cirkulace atmosféry. Jedná se v podstatě o velmi rozsáhlou tlakovou níži se západním okrajovým prouděním, která vzniká nad póly vždy v zimní polovině roku. Toto proudění je důsledkem výrazného teplotního rozdílu mezi chladným polárním vzduchem a teplejším vzduchem v mírných a subtropických šířkách. Polární vír se vytváří ve stratosféře, přibližně ve výšce 15–50 km. V průběhu chladné poloviny roku dopadá jen malé množství slunečního záření do polární stratosféry, díky čemuž se zde vzduch extrémně prochlazuje a umožňuje vznik cyklonální cirkulace, tedy polárního víru. Nad Antarktidou bývá polární vír obvykle silnější a stabilnější v porovnání s jeho Arktickým protějškem. Tato odlišnost vyplývá z heterogenity zemského reliéfu, která je výraznější na severní polokouli, kde se střídají oceány a pevnina častěji než na jižní polokouli. Kontinenty a pevnina se zahřívají, popř. prochlazují odlišně, čímž vznikají teplotní, a tedy i hustotní a tlakové rozdíly. Tyto tlakové rozdíly způsobují vznik mimo jiné vznik rozsáhlých planetárních vln, které mohou z troposféry do stratosféry transportovat velké množství tepla a tím narušit polární vír.
Aktuálně v průběhu podzimního období dochází k postupnému zesilování arktického polárního víru. Jeho intenzitu pak ovlivňuje spoustu atmosférických faktorů, jako např. jižní oscilace (ENSO - El Niño-Southern Oscillation) nebo střídaní východních a západních větrů v tropické stratosféře, což označujeme jako kvazi-dvouletou oscilaci (QBO - Quasi-Biennial Oscillation). V letošním roce se předpokládá, že díky působení zmíněných atmosférických faktorů by měl být polární vír narušovaný, a tedy relativně slabší. V dnešním článku si tyto procesy rozebereme podrobněji.
Obr. 1 Průměrná rychlost zonálního větru na 60. rovnoběžce severní z. š. v tlakové hladině 10 hPa (přibližně 30 km) v letošní sezóně (červeně a růžově), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Intenzitu polárního víru určujeme zpravidla podle průměrné rychlosti zonálního větru (vektor větru směřující od západu na východ) na 60. rovnoběžce severní (popř. jižní) zeměpisné šířky v tlakové hladině 10 hPa (přibližně 30 km). Z Obr. 1 je patrné, že aktuálně dochází k postupnému zesilování polárního víru, přičemž aktuální rychlosti zonálního větru se pohybují okolo 20 m/s. V letošním roce došlo k pozvolnější formaci a následné intenzifikaci, což se projevilo přechodně slabšími rychlostmi větru v průběhu října. Aktuálně se však polární vír vyvíjí v souladu s dlouhodobým průměrem, který znázorňuje černá křivka. Z průměru dále vyplývá, že největší intenzity dosahuje polární vír na přelomu prosince a ledna. Následně ve druhé polovině zimy a v průběhu jara dochází k postupnému slábnutí, a nakonec k otočení cirkulace ze západní (cyklonální) na východní (anticyklonální) v průběhu léta. Z okrajových křivek na Obr. 1 dále vyplývá, že intenzita polárního víru vykazuje vysokou meziroční variabilitu.
Modrá křivka na Obr. 1 ukazuje vývoj polárního víru v průběhu sezóny 2024/2025 a je zřejmé, že do konce února vyl polární vír nadprůměrně intenzivní. Na přelomu února a března však došlo k jeho rozrušení v důsledku události náhlého stratosférického oteplení (SSW - Sudden Stratospheric Warming), což se projevilo náhlým otočením západních větrů na východní (východní větry jsou vyjádřeny zápornými hodnotami, protože se jedná o záporné rychlosti zonálního proudění). Náhlá stratosférická oteplení se projevují prudkým vzestupem teplot (až o 50 °C) ve stratosféře během velmi krátké doby, zpravidla během několika dnů, a jsou způsobeny působením planetárních vln. Planetární vlny (také Rossbyho vlny) hrají klíčovou roli při vzniku náhlého stratosférického oteplení. Tyto vlny vznikají v troposféře v důsledku nerovnoměrného rozložení pevnin, oceánů a pohoří, což narušuje západní proudění v atmosféře. Pokud jsou podmínky vhodné, planetární vlny se mohou šířit vzhůru do stratosféry, kde začnou interagovat s polárním vírem.
Když vlny dosáhnou stratosféry, přenášejí do ní energii a moment hybnosti, čímž vedou ke zbrzdění zonálního (západního) proudění polárního víru. Tato dynamická interakce vede k oslabení nebo až rozpadu polárního víru. Pokud je tento proces dostatečně intenzivní, může dojít k reverzi zonálních větrů (západní na východní), jak je ukázáno na Obr. 1. V některých případech se však mohou planetární vlny od polárního víru odrazit, aniž by jej výrazněji narušily.
Obr. 2 Schematické znázornění vlivu kvazi-dvouleté oscilace (QBO) na polární vír, zdroj: climate.gov
Na aktivitu planetárních vln a vznik náhlých stratosférických oteplení působí více různých atmosférických faktorů. Jedním z nich je už výše zmíněná kvazi-dvouletá oscilace (QBO), která představuje střídání východního a západního proudění ve stratosféře nad rovníkem s periodou přibližně dvou let a významně ovlivňuje stabilitu polárního víru i výskyt náhlých stratosférických oteplení. Během východní fáze QBO (QBO-E) se nad rovníkem prosazují východní větry (Obr. 2), které mění rozložení teploty a proudění ve stratosféře. Tím umožňují snazší šíření planetárních vln směrem k pólům a do vyšších vrstev atmosféry, kde tyto vlny mohou účinněji narušovat polární vír. Výsledkem bývá jeho oslabení nebo rozpad a vyšší pravděpodobnost výskytu náhlého stratosférického oteplení. Naopak během západní fáze QBO (QBO-W) je stratosférické proudění stabilnější, což posiluje a udržuje polární vír kompaktní a odolnější vůči planetárním vlnám. QBO tak představuje jeden z hlavních mechanismů, který propojuje tropickou a polární stratosféru.
Obr. 3 Předpověď pravděpodobnosti výskytu fáze ENSO, zdroj: iri.columbia.edu
Vedle QBO má na stabilitu polárního víru významný vliv i jev ENSO, tedy stav tropického Pacifiku, který se střídá mezi fázemi El Niño, La Niña a neutrálními podmínkami. Během zim s El Niño nebo La Niña dochází k častějšímu výskytu náhlých stratosférických oteplení než v zimách s neutrální fází. Z dlouhodobých pozorování vyplývá, že pravděpodobnost rozpadu polárního víru je během zim El Niño zhruba dvojnásobná oproti zimám s neutrální fází. Tento vztah ukazuje, že dění v tropických oblastech, podobně jako QBO, výrazně ovlivňuje šíření planetárních vln a stabilitu polární stratosféry. Z aktuálních prognóz vyplývá, že od října do prosíce by měla převažovat La Niña, ale od ledna se očekává přechod k neutrální fázi (Obr. 3).
Díky východní fázi kvazidvouleté oscilace a La Niña tak existuje šance na výskyt SSW, a tedy narušení polárního víru. Oslabený polární vír pak hůře izoluje chladný vzduch nad Arktidou, což vede k vpádům chladného vzduchu do mírných zeměpisných šířek. Je však obtížné predikovat, kde se vpád chladného vzduchu vyskytne, protože to dále záleží na rozložení tlakových útvarů v troposféře a poloze tryskového proudění.
Aktuálně v průběhu podzimního období dochází k postupnému zesilování arktického polárního víru. Jeho intenzitu pak ovlivňuje spoustu atmosférických faktorů, jako např. jižní oscilace (ENSO - El Niño-Southern Oscillation) nebo střídaní východních a západních větrů v tropické stratosféře, což označujeme jako kvazi-dvouletou oscilaci (QBO - Quasi-Biennial Oscillation). V letošním roce se předpokládá, že díky působení zmíněných atmosférických faktorů by měl být polární vír narušovaný, a tedy relativně slabší. V dnešním článku si tyto procesy rozebereme podrobněji.
Obr. 1 Průměrná rychlost zonálního větru na 60. rovnoběžce severní z. š. v tlakové hladině 10 hPa (přibližně 30 km) v letošní sezóně (červeně a růžově), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Intenzitu polárního víru určujeme zpravidla podle průměrné rychlosti zonálního větru (vektor větru směřující od západu na východ) na 60. rovnoběžce severní (popř. jižní) zeměpisné šířky v tlakové hladině 10 hPa (přibližně 30 km). Z Obr. 1 je patrné, že aktuálně dochází k postupnému zesilování polárního víru, přičemž aktuální rychlosti zonálního větru se pohybují okolo 20 m/s. V letošním roce došlo k pozvolnější formaci a následné intenzifikaci, což se projevilo přechodně slabšími rychlostmi větru v průběhu října. Aktuálně se však polární vír vyvíjí v souladu s dlouhodobým průměrem, který znázorňuje černá křivka. Z průměru dále vyplývá, že největší intenzity dosahuje polární vír na přelomu prosince a ledna. Následně ve druhé polovině zimy a v průběhu jara dochází k postupnému slábnutí, a nakonec k otočení cirkulace ze západní (cyklonální) na východní (anticyklonální) v průběhu léta. Z okrajových křivek na Obr. 1 dále vyplývá, že intenzita polárního víru vykazuje vysokou meziroční variabilitu.
Modrá křivka na Obr. 1 ukazuje vývoj polárního víru v průběhu sezóny 2024/2025 a je zřejmé, že do konce února vyl polární vír nadprůměrně intenzivní. Na přelomu února a března však došlo k jeho rozrušení v důsledku události náhlého stratosférického oteplení (SSW - Sudden Stratospheric Warming), což se projevilo náhlým otočením západních větrů na východní (východní větry jsou vyjádřeny zápornými hodnotami, protože se jedná o záporné rychlosti zonálního proudění). Náhlá stratosférická oteplení se projevují prudkým vzestupem teplot (až o 50 °C) ve stratosféře během velmi krátké doby, zpravidla během několika dnů, a jsou způsobeny působením planetárních vln. Planetární vlny (také Rossbyho vlny) hrají klíčovou roli při vzniku náhlého stratosférického oteplení. Tyto vlny vznikají v troposféře v důsledku nerovnoměrného rozložení pevnin, oceánů a pohoří, což narušuje západní proudění v atmosféře. Pokud jsou podmínky vhodné, planetární vlny se mohou šířit vzhůru do stratosféry, kde začnou interagovat s polárním vírem.
Když vlny dosáhnou stratosféry, přenášejí do ní energii a moment hybnosti, čímž vedou ke zbrzdění zonálního (západního) proudění polárního víru. Tato dynamická interakce vede k oslabení nebo až rozpadu polárního víru. Pokud je tento proces dostatečně intenzivní, může dojít k reverzi zonálních větrů (západní na východní), jak je ukázáno na Obr. 1. V některých případech se však mohou planetární vlny od polárního víru odrazit, aniž by jej výrazněji narušily.
Obr. 2 Schematické znázornění vlivu kvazi-dvouleté oscilace (QBO) na polární vír, zdroj: climate.gov
Na aktivitu planetárních vln a vznik náhlých stratosférických oteplení působí více různých atmosférických faktorů. Jedním z nich je už výše zmíněná kvazi-dvouletá oscilace (QBO), která představuje střídání východního a západního proudění ve stratosféře nad rovníkem s periodou přibližně dvou let a významně ovlivňuje stabilitu polárního víru i výskyt náhlých stratosférických oteplení. Během východní fáze QBO (QBO-E) se nad rovníkem prosazují východní větry (Obr. 2), které mění rozložení teploty a proudění ve stratosféře. Tím umožňují snazší šíření planetárních vln směrem k pólům a do vyšších vrstev atmosféry, kde tyto vlny mohou účinněji narušovat polární vír. Výsledkem bývá jeho oslabení nebo rozpad a vyšší pravděpodobnost výskytu náhlého stratosférického oteplení. Naopak během západní fáze QBO (QBO-W) je stratosférické proudění stabilnější, což posiluje a udržuje polární vír kompaktní a odolnější vůči planetárním vlnám. QBO tak představuje jeden z hlavních mechanismů, který propojuje tropickou a polární stratosféru.
Obr. 3 Předpověď pravděpodobnosti výskytu fáze ENSO, zdroj: iri.columbia.edu
Vedle QBO má na stabilitu polárního víru významný vliv i jev ENSO, tedy stav tropického Pacifiku, který se střídá mezi fázemi El Niño, La Niña a neutrálními podmínkami. Během zim s El Niño nebo La Niña dochází k častějšímu výskytu náhlých stratosférických oteplení než v zimách s neutrální fází. Z dlouhodobých pozorování vyplývá, že pravděpodobnost rozpadu polárního víru je během zim El Niño zhruba dvojnásobná oproti zimám s neutrální fází. Tento vztah ukazuje, že dění v tropických oblastech, podobně jako QBO, výrazně ovlivňuje šíření planetárních vln a stabilitu polární stratosféry. Z aktuálních prognóz vyplývá, že od října do prosíce by měla převažovat La Niña, ale od ledna se očekává přechod k neutrální fázi (Obr. 3).
Díky východní fázi kvazidvouleté oscilace a La Niña tak existuje šance na výskyt SSW, a tedy narušení polárního víru. Oslabený polární vír pak hůře izoluje chladný vzduch nad Arktidou, což vede k vpádům chladného vzduchu do mírných zeměpisných šířek. Je však obtížné predikovat, kde se vpád chladného vzduchu vyskytne, protože to dále záleží na rozložení tlakových útvarů v troposféře a poloze tryskového proudění.
Encyklopedie počasí
Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.
