Arktický vzduch míří do USA. Meandrující tryskové proudění přinese mrazy, sněhovou a ledovou bouři
Nad rozsáhlou částí Spojených států se v následujících dnech očekává výrazný vpád velmi studeného vzduchu původem z Arktidy, což způsobí výrazný pokles teplot, sněžení a v jižněji situovaných státech se očekává tvorba extrémně silné ledovky. Tuto situaci způsobí výrazně meandrující tryskové proudění, které má podstatný vliv na rozložení tlakových útvarů a tedy i přesuny vzduchových hmot u povrchu. Dopady zimního počasí mohou zasáhnout až 30 států, přičemž vnitrozemské oblasti (hlavně Kanada a Středozápad USA) mohou zaznamenat extrémně nízké teploty, místy pod −40 °C, zatímco jižnější regiony budou ohroženy mrznoucími srážkami a výraznými problémy v dopravě a energetické infrastruktuře. V dnešním článku si přiblížíme, kde bude situace nejhorší a jaké jsou její meteorologické příčiny.
Obr. 1 Teploty vzduchu v Severní Americe v pátek ráno místního času, zdroj: ventusky.com
Chladný vzduch začne do USA pronikat v průběhu čtvrtku z Kanady a v pátek pak zasáhne hlavně Středozápad USA (Obr. 1). Teploty v tomto regionu budou klesat pod -30 °C a především na severu se mohou dostat i pod -40 °C. Pro lepší představu uveďme, že tyto teploty jsou přibližně 20 °C pod dlouhodobým průměrem pro druhou polovinu ledna. Černé linie na obrázku ukazují rozmístění tlakových útvarů v tlakové hladině 850 hPa (přibližně 1,5 km), z čehož je zřejmé, že velmi chladný vzduch sem proudí po zadní straně oblasti nižšího tlaku vzduchu nad severovýchodní Kanadou.
Obr. 2 Teploty vzduchu v Severní Americe v neděli ráno místního času, zdroj: ventusky.com
V průběhu víkendu pronikne chladný vzduch dále na jih USA, kde se díky příznivému výškovému proudění (oblast se bude nacházet na přední straně výškové brázdy nižšího tlaku vzduchu) a výraznému teplotnímu rozhraní začne formovat tlaková níže, která povede k zesílení srážek. Tlaková níže spolu s výrazným teplotním rozhraním je patrná na Obr. 2 na jihu USA.
Obr. 3 Předpověď srážek pro neděli 7:00 UTC (akumulace za 3 hodiny). Vykřičníky označují oblasti s pravděpodobným výskytem mrznoucího deště, zdroj: ventusky.com
Tlaková níže však přinese do jižní části USA nebezpečné počasí. Zatímco v severní části srážkového pásma (Obr. 3) bude převládat sněžení, v jeho středních částech se očekává mrznoucí déšť a tvorba nebezpečné ledovky. Na jihu se pak vyskytne déšť a místy lze očekávat také bouřky. Ačkoliv zatím nelze přesně stanovit sněhové úhrny ve velkých městech, lokálně se očekává více než 30 cm sněhu (na některých místech i více). Závažnější dopady jsou však pravděpodobné ve státech jižněji položených, kde se předpokládá výskyt mrznoucího deště a to i s úhrny přes 50 mm! Ten bude vytvářet souvislou ledovou vrstvu přes 5 cm na vegetaci a vedeních elektrické energie, což výrazně zvyšuje riziko lámání stromů a rozsáhlých výpadků proudu. Nízké teploty zároveň zvyšují pravděpodobnost zamrzání a poškození potrubí a mohou vést k dlouhodobým omezením dopravy, zejména v regionech s omezenou kapacitou zimní údržby. V zasažených oblastech tak může dojít i ke kalamitnímu stavu. Vznik mrznoucího deště jsme vysvětlovali podrobněji zde. Ke sněžení ještě dodejme, že jeho výskyt (a intenzita), který se očekává v jižněji situovaných regionech, je velmi neobvyklý.
Obr. 4 Rychlost větru nad Severní Amerikou v neděli ve výšce 5,5 km, zdroj: ventusky.com
Očekávané úhrny na jihovýchodě USA za víkendu - většina srážek zde spadne v podobě mrznoucího deště, při úhrnech nad 50 mm se bude tvořit extrémní ledovka, zdroj: ventusky.com
Pojďme si nyní vysvětlit, co je příčinou tohoto vpádu chladného vzduchu do USA. Klíčovou roli zde hraje zeslabení zonální cirkulace a s tím související oslabení tryskového proudění. Pokud je tryskové proudění silné, působí jako dynamická bariéra, která odděluje chladný arktický vzduch na severu od teplejších vzduchových hmot v nižších zeměpisných šířkách. V takové situaci proudí vzduch převážně zonálně (od západu na východ) a meridionální proudění mezi severem a jihem je omezeno. Jakmile však tryskové proudění zeslábne, ztrácí svou stabilitu a začne výrazně meandrovat. Vlnění tryskového proudění umožňuje vznik hlubokých brázd, v nichž se studený arktický vzduch může snadno posouvat daleko na jih, zatímco díky hřebenům vyššího tlaku naopak proniká teplejší vzduch směrem k severu. Právě tento mechanismus otevírá „koridor“ pro výrazné vpády chladného vzduchu do středních šířek.
Na Obr. 4 je ukázáno tryskové proudění nad USA, které výrazně meandruje (patrné je jeho vyklenutí směrem na jih až k Mexiku). Tato konfigurace umožňuje transport studeného vzduchu z arktických oblastí hluboko do vnitrozemí Severní Ameriky a je typickým projevem oslabené zonální cirkulace spojené s narušeným polárním vírem.
Obr. 5 Vertikální řez s vývojem NAM indexu, zdroj: stratobserve.com
Slabší tryskové proudění v této situaci souvisí především právě s oslabeným polárním vírem. Pokud je polární vír narušený, slábne celková zonální cirkulace na severní polokouli a západní proudění ztrácí na intenzitě i stabilitě. Tryskové proudění pak přestává fungovat jako souvislá „bariéra“ mezi studeným arktickým a teplejším vzduchem v nižších zeměpisných šířkách. V letošní zimě je polární vír právě výrazněji narušován, dokonce se v listopadu vyskytlo tzv. náhlé stratosférické oteplení, o kterém jsme psali zde.
Sílu polárního víru a jeho vliv na troposférické počasí můžeme posoudit z vertikálního řezu atmosféry s tzv. NAM indexem (Northern Annular Mode). Ten popisuje, jak silný nebo slabý je, přičemž kladné hodnoty NAM odpovídají silnému a kompaktnímu polárnímu víru, jenž podporuje intenzivní zonální proudění a relativně stabilní polohu tryskového proudu. Naopak záporné hodnoty NAM signalizují oslabený či narušený polární vír, kdy se zonální cirkulace rozpadá a atmosféra je náchylnější k výraznému vlnění proudění. Výrazné narušení polárního víru (se zápornými hodnotami NAM) je patrné na přelomu listopadu a prosince loňského roku, kdy se vyskytlo právě náhlé stratosférické oteplení.
Zvláště důležitým rysem zobrazeného vývoje NAM je proces, který označujeme jako downward coupling, tedy postupný přenos signálu ze stratosféry do nižších vrstev atmosféry. Nejprve se záporné hodnoty NAM objevují ve stratosféře, kde indikují zeslabení polárního víru. Tento stav se však neomezuje pouze na vyšší vrstvy, přičemž v průběhu dnů až týdnů se anomálie postupně šíří směrem dolů a nakonec ovlivňují i troposféru. Právě zde se tento stratosférický signál projeví oslabením zonální cirkulace a zvýšeným meandrováním tryskového proudění (např. jako aktuálně nad Severní Amerikou). Je však třeba zdůraznit, že tento sestupný přenos není automatický. V některých případech zůstává narušení omezeno převážně na stratosféru a k výraznější odezvě v troposféře nedochází.
Obr. 1 Teploty vzduchu v Severní Americe v pátek ráno místního času, zdroj: ventusky.com
Chladný vzduch začne do USA pronikat v průběhu čtvrtku z Kanady a v pátek pak zasáhne hlavně Středozápad USA (Obr. 1). Teploty v tomto regionu budou klesat pod -30 °C a především na severu se mohou dostat i pod -40 °C. Pro lepší představu uveďme, že tyto teploty jsou přibližně 20 °C pod dlouhodobým průměrem pro druhou polovinu ledna. Černé linie na obrázku ukazují rozmístění tlakových útvarů v tlakové hladině 850 hPa (přibližně 1,5 km), z čehož je zřejmé, že velmi chladný vzduch sem proudí po zadní straně oblasti nižšího tlaku vzduchu nad severovýchodní Kanadou.
Obr. 2 Teploty vzduchu v Severní Americe v neděli ráno místního času, zdroj: ventusky.com
V průběhu víkendu pronikne chladný vzduch dále na jih USA, kde se díky příznivému výškovému proudění (oblast se bude nacházet na přední straně výškové brázdy nižšího tlaku vzduchu) a výraznému teplotnímu rozhraní začne formovat tlaková níže, která povede k zesílení srážek. Tlaková níže spolu s výrazným teplotním rozhraním je patrná na Obr. 2 na jihu USA.
Obr. 3 Předpověď srážek pro neděli 7:00 UTC (akumulace za 3 hodiny). Vykřičníky označují oblasti s pravděpodobným výskytem mrznoucího deště, zdroj: ventusky.com
Tlaková níže však přinese do jižní části USA nebezpečné počasí. Zatímco v severní části srážkového pásma (Obr. 3) bude převládat sněžení, v jeho středních částech se očekává mrznoucí déšť a tvorba nebezpečné ledovky. Na jihu se pak vyskytne déšť a místy lze očekávat také bouřky. Ačkoliv zatím nelze přesně stanovit sněhové úhrny ve velkých městech, lokálně se očekává více než 30 cm sněhu (na některých místech i více). Závažnější dopady jsou však pravděpodobné ve státech jižněji položených, kde se předpokládá výskyt mrznoucího deště a to i s úhrny přes 50 mm! Ten bude vytvářet souvislou ledovou vrstvu přes 5 cm na vegetaci a vedeních elektrické energie, což výrazně zvyšuje riziko lámání stromů a rozsáhlých výpadků proudu. Nízké teploty zároveň zvyšují pravděpodobnost zamrzání a poškození potrubí a mohou vést k dlouhodobým omezením dopravy, zejména v regionech s omezenou kapacitou zimní údržby. V zasažených oblastech tak může dojít i ke kalamitnímu stavu. Vznik mrznoucího deště jsme vysvětlovali podrobněji zde. Ke sněžení ještě dodejme, že jeho výskyt (a intenzita), který se očekává v jižněji situovaných regionech, je velmi neobvyklý.
Obr. 4 Rychlost větru nad Severní Amerikou v neděli ve výšce 5,5 km, zdroj: ventusky.com
Očekávané úhrny na jihovýchodě USA za víkendu - většina srážek zde spadne v podobě mrznoucího deště, při úhrnech nad 50 mm se bude tvořit extrémní ledovka, zdroj: ventusky.com
Pojďme si nyní vysvětlit, co je příčinou tohoto vpádu chladného vzduchu do USA. Klíčovou roli zde hraje zeslabení zonální cirkulace a s tím související oslabení tryskového proudění. Pokud je tryskové proudění silné, působí jako dynamická bariéra, která odděluje chladný arktický vzduch na severu od teplejších vzduchových hmot v nižších zeměpisných šířkách. V takové situaci proudí vzduch převážně zonálně (od západu na východ) a meridionální proudění mezi severem a jihem je omezeno. Jakmile však tryskové proudění zeslábne, ztrácí svou stabilitu a začne výrazně meandrovat. Vlnění tryskového proudění umožňuje vznik hlubokých brázd, v nichž se studený arktický vzduch může snadno posouvat daleko na jih, zatímco díky hřebenům vyššího tlaku naopak proniká teplejší vzduch směrem k severu. Právě tento mechanismus otevírá „koridor“ pro výrazné vpády chladného vzduchu do středních šířek.
Na Obr. 4 je ukázáno tryskové proudění nad USA, které výrazně meandruje (patrné je jeho vyklenutí směrem na jih až k Mexiku). Tato konfigurace umožňuje transport studeného vzduchu z arktických oblastí hluboko do vnitrozemí Severní Ameriky a je typickým projevem oslabené zonální cirkulace spojené s narušeným polárním vírem.
Obr. 5 Vertikální řez s vývojem NAM indexu, zdroj: stratobserve.com
Slabší tryskové proudění v této situaci souvisí především právě s oslabeným polárním vírem. Pokud je polární vír narušený, slábne celková zonální cirkulace na severní polokouli a západní proudění ztrácí na intenzitě i stabilitě. Tryskové proudění pak přestává fungovat jako souvislá „bariéra“ mezi studeným arktickým a teplejším vzduchem v nižších zeměpisných šířkách. V letošní zimě je polární vír právě výrazněji narušován, dokonce se v listopadu vyskytlo tzv. náhlé stratosférické oteplení, o kterém jsme psali zde.
Sílu polárního víru a jeho vliv na troposférické počasí můžeme posoudit z vertikálního řezu atmosféry s tzv. NAM indexem (Northern Annular Mode). Ten popisuje, jak silný nebo slabý je, přičemž kladné hodnoty NAM odpovídají silnému a kompaktnímu polárnímu víru, jenž podporuje intenzivní zonální proudění a relativně stabilní polohu tryskového proudu. Naopak záporné hodnoty NAM signalizují oslabený či narušený polární vír, kdy se zonální cirkulace rozpadá a atmosféra je náchylnější k výraznému vlnění proudění. Výrazné narušení polárního víru (se zápornými hodnotami NAM) je patrné na přelomu listopadu a prosince loňského roku, kdy se vyskytlo právě náhlé stratosférické oteplení.
Zvláště důležitým rysem zobrazeného vývoje NAM je proces, který označujeme jako downward coupling, tedy postupný přenos signálu ze stratosféry do nižších vrstev atmosféry. Nejprve se záporné hodnoty NAM objevují ve stratosféře, kde indikují zeslabení polárního víru. Tento stav se však neomezuje pouze na vyšší vrstvy, přičemž v průběhu dnů až týdnů se anomálie postupně šíří směrem dolů a nakonec ovlivňují i troposféru. Právě zde se tento stratosférický signál projeví oslabením zonální cirkulace a zvýšeným meandrováním tryskového proudění (např. jako aktuálně nad Severní Amerikou). Je však třeba zdůraznit, že tento sestupný přenos není automatický. V některých případech zůstává narušení omezeno převážně na stratosféru a k výraznější odezvě v troposféře nedochází.
