Koncem listopadu dojde k mimořádně neobvyklému narušení polárního víru
Letošní vývoj arktického polárního víru byl už od začátku podzimu pomalejší. Obr. 1 ukazuje, že obvykle na přelomu srpna a září dochází v polární stratosféře, přibližně ve výšce 30 km (tomu odpovídá tlaková hladina 10 hPa), k otočení cirkulace z východních větrů na větry západní, čímž se ve stratosféře začíná formovat rozsáhlá tlaková níže, kterou označujeme jako polární vír. V porovnání s dlouhodobým průměrem (černá linie na obrázku níže) bylo letos posilování západních větrů v průběhu září a října slabší (červená a růžová linie na obrázku níže). V první polovině listopadu došlo k přechodnému zesílení, respektive přiblížení průměrným hodnotám, další vývoj a predikce však naznačují výrazné oslabení (oranžová linie na obrázku níže). Tato narušení a oslabení polárního víru jsou typická pro druhou polovinu zimy, přičemž v listopadu a obecně v první polovině zimy jsou extrémně vzácná. Ostatně i na obrázku níže je vidět, že oranžová linie se dostává zcela mimo běžné hodnoty. V dnešním článku si tato narušení 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
Úvodem si ale připomeňme, co to polární vír vlastně je. 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 (sílu polárního víru posuzujeme právě podle západního okrajového proudění na 60. rovnoběžně z. š. tradičně v tlakové hladině 10 hPa; viz Obr. 1). 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 mimo jiné vznik rozsáhlých planetárních vln, které mohou z troposféry do stratosféry transportovat velké množství tepla a tím narušit polární vír.
Obr. 2 Schématické znázornění narušování polárního víru planetárními vlnami, které vedou k náhlému stratosférickému oteplení , zdroj: climate.gov
Planetární vlny popsané v předchozím odstavci mohou vést k tzv. náhlému stratosférickému oteplení (SSW), které představuje dramatickou změnu dynamiky zimní stratosféry, při níž může během několika dní vzrůst teplota v polárních šířkách o desítky stupňů Celsia – často i o více než 50 °C (Obr. 2). Poruchy vyvolané SSW se následně šíří nejen napříč celou stratosférou, ale mohou ovlivňovat i sousední vrstvy atmosféry, včetně troposféry, mezosféry a v extrémních případech dokonce i termosféry a ionosféry.
Z hlediska klasifikace rozlišujeme slabé (minor) a hlavní (major) oteplení. Slabé epizody se během zimního půlroku vyskytují poměrně často na obou polokoulích a obvykle signalizují pouze dočasné zeslabení polárního víru, aniž by došlo k jeho rozpadu. Naproti tomu hlavní SSW, typické zejména pro severní polokouli a vyskytující se přibližně jednou za dva roky, je definováno převrácením zonálního proudění na 60° s. š. v hladině 10 hPa z obvyklého zimního západního směru na východní. Během silných událostí může dojít i k rozdělení polárního víru na dvě oddělené cirkulační struktury. Na jižní polokouli je hlavní oteplení vzácností. Po odeznění oteplení se vysoká stratosféra postupně vrací k normálním zimním podmínkám a západní cirkulace se znovu obnovuje.
Obr. 3 Ensemblová předpověď zonálních větrů na 60. rovnoběžce severní z. š. Červené linie ukazují dlouhodobý průměr (silná čára) a 10. a 90. percentil (tenké čáry), zdroj: charts.ecmwf.int
Podle aktuálních subsezonní předpovědi ECMWF (Obr. 3; pro 15. 11. 2024) je pravděpodobné, že Arktický polární vír může být významněji narušen, což je na samém začátku zimní sezóny mimořádně neobvyklé. Nejsilnější modrá křivka, která představuje průměr ensemblů modelu, ukazuje pravděpodobný vývoj průměrných zonálních větrů na 60. rovnoběžce severní z. š. v tlakové hladině 10 hPa. Je evidentní, že se křivka kolem 25. listopadu se dostává pozoruhodně blízko k nulovým rychlostem větru, což představuje práh pro hlavní SSW. Uveďme, že nejčasnější dosud spolehlivě pozorované SSW nastalo 28. listopadu 1968. Spolehlivost předpovědí SSW obvykle narůstá zhruba 10 dní před událostí. Nyní tak lze téměř s jistotou tvrdit, že dojde k malému SSW, avšak nějaká pravděpodobnost pro výskyt velkého SSW stále existuje (naznačená křivkami, které se vyskytují pod hodnotou 0 m/s). Obr. 4 ukazuje predikovanou událost SSW vyjádřenou pomocí týdenní průměrné anomálie teploty vzduchu v tlakové hladině 10 hPa mezi 24. 11. a 1. 12. 2025.
Obr. 4 Týdenní průměrná anomálie teploty vzduchu v tlakové hladině 10 hPa mezi 24. 11. a 1. 12. 2025. Teplejší vzduch nad Arktidou ukazuje událost SSW, zdroj: charts.ecmwf.int
Jak jsme uvedli výše, listopadová narušení polárního víru jsou velmi vzácná, protože v tomto období bývá arktický polární vír obvykle ve své nejstabilnější formě. Je to proto, že atmosférické procesy, které vír oslabují, ještě nejsou „rozjeté“. Planetární vlny z troposféry, což představuje hlavní mechanismus, který dokáže polární vír zpomalit nebo významně narušit, jsou v této části roku slabší. Slabší planetární vlny v této části roku jsou způsobeny menšími teplotní rozdíly mezi kontinenty a oceány, protože tyto rozdíly teprve začínají narůstat a zimní cirkulace nad pevninami ještě není plně vyvinutá. Přenos tepla (tedy energie a hybnosti) z troposféry do stratosféry můžeme kvantifikovat pomocí tzv. heat flux (Obr. 5), který je obvykle nejsilnější v lednu a v únoru, naopak na začátku sezóny, v listopadu, vysokých hodnot nedosahuje. Obecně tedy v listopadu do stratosféry proniká méně vln, takže polární vír zůstává nenarušován.
Obr. 5 Vývoj toku tepla mezi 45–75° severní z. š. v letošní sezóně (červeně a růžově), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Vliv této události SSW na počasí v troposféře je prozatím nejednoznačný. Obecně událost SSW zvyšuje pravděpodobnost výskytu negativní fáze Severoatlantské oscilace (NAO) v následujícím měsíci až dvou. Negativní fáze NAO je charakteristická zesílením blokující tlakové výše nad Grónskem a posunem dráhy cyklón v severním Atlantiku směrem k rovníku, což vede k vpádům chladnějšího vzduchu do Evropy. Důležité je zmínit, že reakce NAO je z velké části řízena velikostí anomálie zonální cirkulace ve spodní stratosféře (okolo tlakové hladiny 100 hPa) po narušení cirkulace ve střední a horní stratosféře. Pro další prognózy tak bude nezbytné tento aspekt sledovat.
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
Úvodem si ale připomeňme, co to polární vír vlastně je. 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 (sílu polárního víru posuzujeme právě podle západního okrajového proudění na 60. rovnoběžně z. š. tradičně v tlakové hladině 10 hPa; viz Obr. 1). 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 mimo jiné vznik rozsáhlých planetárních vln, které mohou z troposféry do stratosféry transportovat velké množství tepla a tím narušit polární vír.
Obr. 2 Schématické znázornění narušování polárního víru planetárními vlnami, které vedou k náhlému stratosférickému oteplení , zdroj: climate.gov
Planetární vlny popsané v předchozím odstavci mohou vést k tzv. náhlému stratosférickému oteplení (SSW), které představuje dramatickou změnu dynamiky zimní stratosféry, při níž může během několika dní vzrůst teplota v polárních šířkách o desítky stupňů Celsia – často i o více než 50 °C (Obr. 2). Poruchy vyvolané SSW se následně šíří nejen napříč celou stratosférou, ale mohou ovlivňovat i sousední vrstvy atmosféry, včetně troposféry, mezosféry a v extrémních případech dokonce i termosféry a ionosféry.
Z hlediska klasifikace rozlišujeme slabé (minor) a hlavní (major) oteplení. Slabé epizody se během zimního půlroku vyskytují poměrně často na obou polokoulích a obvykle signalizují pouze dočasné zeslabení polárního víru, aniž by došlo k jeho rozpadu. Naproti tomu hlavní SSW, typické zejména pro severní polokouli a vyskytující se přibližně jednou za dva roky, je definováno převrácením zonálního proudění na 60° s. š. v hladině 10 hPa z obvyklého zimního západního směru na východní. Během silných událostí může dojít i k rozdělení polárního víru na dvě oddělené cirkulační struktury. Na jižní polokouli je hlavní oteplení vzácností. Po odeznění oteplení se vysoká stratosféra postupně vrací k normálním zimním podmínkám a západní cirkulace se znovu obnovuje.
Obr. 3 Ensemblová předpověď zonálních větrů na 60. rovnoběžce severní z. š. Červené linie ukazují dlouhodobý průměr (silná čára) a 10. a 90. percentil (tenké čáry), zdroj: charts.ecmwf.int
Podle aktuálních subsezonní předpovědi ECMWF (Obr. 3; pro 15. 11. 2024) je pravděpodobné, že Arktický polární vír může být významněji narušen, což je na samém začátku zimní sezóny mimořádně neobvyklé. Nejsilnější modrá křivka, která představuje průměr ensemblů modelu, ukazuje pravděpodobný vývoj průměrných zonálních větrů na 60. rovnoběžce severní z. š. v tlakové hladině 10 hPa. Je evidentní, že se křivka kolem 25. listopadu se dostává pozoruhodně blízko k nulovým rychlostem větru, což představuje práh pro hlavní SSW. Uveďme, že nejčasnější dosud spolehlivě pozorované SSW nastalo 28. listopadu 1968. Spolehlivost předpovědí SSW obvykle narůstá zhruba 10 dní před událostí. Nyní tak lze téměř s jistotou tvrdit, že dojde k malému SSW, avšak nějaká pravděpodobnost pro výskyt velkého SSW stále existuje (naznačená křivkami, které se vyskytují pod hodnotou 0 m/s). Obr. 4 ukazuje predikovanou událost SSW vyjádřenou pomocí týdenní průměrné anomálie teploty vzduchu v tlakové hladině 10 hPa mezi 24. 11. a 1. 12. 2025.
Obr. 4 Týdenní průměrná anomálie teploty vzduchu v tlakové hladině 10 hPa mezi 24. 11. a 1. 12. 2025. Teplejší vzduch nad Arktidou ukazuje událost SSW, zdroj: charts.ecmwf.int
Jak jsme uvedli výše, listopadová narušení polárního víru jsou velmi vzácná, protože v tomto období bývá arktický polární vír obvykle ve své nejstabilnější formě. Je to proto, že atmosférické procesy, které vír oslabují, ještě nejsou „rozjeté“. Planetární vlny z troposféry, což představuje hlavní mechanismus, který dokáže polární vír zpomalit nebo významně narušit, jsou v této části roku slabší. Slabší planetární vlny v této části roku jsou způsobeny menšími teplotní rozdíly mezi kontinenty a oceány, protože tyto rozdíly teprve začínají narůstat a zimní cirkulace nad pevninami ještě není plně vyvinutá. Přenos tepla (tedy energie a hybnosti) z troposféry do stratosféry můžeme kvantifikovat pomocí tzv. heat flux (Obr. 5), který je obvykle nejsilnější v lednu a v únoru, naopak na začátku sezóny, v listopadu, vysokých hodnot nedosahuje. Obecně tedy v listopadu do stratosféry proniká méně vln, takže polární vír zůstává nenarušován.
Obr. 5 Vývoj toku tepla mezi 45–75° severní z. š. v letošní sezóně (červeně a růžově), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Vliv této události SSW na počasí v troposféře je prozatím nejednoznačný. Obecně událost SSW zvyšuje pravděpodobnost výskytu negativní fáze Severoatlantské oscilace (NAO) v následujícím měsíci až dvou. Negativní fáze NAO je charakteristická zesílením blokující tlakové výše nad Grónskem a posunem dráhy cyklón v severním Atlantiku směrem k rovníku, což vede k vpádům chladnějšího vzduchu do Evropy. Důležité je zmínit, že reakce NAO je z velké části řízena velikostí anomálie zonální cirkulace ve spodní stratosféře (okolo tlakové hladiny 100 hPa) po narušení cirkulace ve střední a horní stratosféře. Pro další prognózy tak bude nezbytné tento aspekt sledovat.
