Co narušuje polární vír a jaký to má vliv na zimní počasí?
Polární vír představuje na zimní polokouli nejvýznamnější rys stratosférické cirkulace, který se formuje během podzimu, největší síly následně dosahuje v zimě a na jaře se postupně rozpadá. Jedná se o rozsáhlou tlakovou níži (patrnou třeba na mapě větru ve výšce cca 30 km), která se vyskytuje v horní troposféře a ve stratosféře a kopíruje svým okrajem přibližně 60° s. š. V důsledku absence slunečního záření v zimním půlroce dochází k výraznému ochlazování polární stratosféry, což vede k vzniku této rozsáhlé tlakové níže. Polární vír, byť se jedná o jev ve vyšších vrstvách atmosféry, významně ovlivňuje průběh počasí v mírných zeměpisných šířkách v zimním půlroce. Z toho důvodu je často skloňován v médiích ne však vždy zcela správně.
Obr. 1 Silný (vpravo) a slabý (vlevo) polární vír a jeho vliv na vpády arktického vzduchu do mírných šířek v chladné části roku, zdroj: weathersats.com
Arktický polární vír vykazuje vysokou meziroční variabilitu. V případě silného (stabilního) polárního víru se vzduch nad Arktidou prochlazuje a nedochází, alespoň v majoritních případech, k jeho vylévání do nižších zeměpisných šířek. V tomto případě převažuje zonální složka proudění (Obr. 1 vlevo). Pokud je polární vír slabší, hůře izoluje chladný vzduch nad Arktidou, a ten se tím pádem může rozlévat do nižších zeměpisných šířek. Můžeme tvrdit, že se oslabuje zonální proudění a dochází k jeho častější meridionalizaci (tedy i přenosu arktického vzduchu do nižších zeměpisných šířek).
Co však polární vír oslabuje? Tuto robustní zonální cirkulaci mohou narušit velké planetární vlny, které jsou schopny dopravit teplý vzduch z troposféry do jinak velmi chladné stratosféry. V důsledku působení těchto vln mohou teploty ve stratosféře stoupnout během několika dnů až o 50 °C. V tomto případě pak hovoříme o náhlých stratosférických otepleních (SSW z angl. sudden stratospheric warming). Typické teploty v zimní polární stratosféře v hladině 10 hPa (přibližně 30 km) jsou mezi -65 až -55 °C (208–218 K). Při událostech SSW teploty prudce stoupnou a v ojedinělých případech (např. v lednu 2009) se dostanou i nad 0 °C. Teplý vzduch je ve stratosféře spojen s anticyklonální cirkulací, což samozřejmě polární vír narušuje. Přibližně jednou za 2 roky se mohou v zimní arktické stratosféře větry úplně přetočit ze západních na východní. Tuto situaci označujeme jako hlavní oteplení (major SSW). Pokud při oteplení k obrácení cirkulace nedojde (dochází zpravidla pouze k jejímu oslabení), hovoříme o slabém oteplení (minor SSW).
Obr. 2 Rychlosti zonálních větrů na 60° s. š. v hladině 10 hPa (červená linie) v zimě 2017/2018 (vlevo) a v zimě 2020/2021 (vpravo), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Obrácení zonální cirkulace na 60° s. š. při událostech SSW v letech 2018 a 2021 je patrné na Obr. 2. V roce 2018 nastala výrazná událost SSW v průběhu února a v roce 2021 k ní došlo začátkem ledna. Záporné hodnoty zonální cirkulace v grafech znamenají východní větry. V prosinci 2017 je patrné také slabé oteplení, které pouze zonální cirkulaci oslabilo, nedošlo k jejímu úplnému přetočení.
geopotenciální výšky (izolinie) v hladině 10 hPa způsobující rozdělení (vlevo) nebo přesunutí (vpravo) polárního víru. Písmeno N (V) značí cyklonální (anticyklonální) cirkulaci. Žlutá přerušovaná linie ohraničuje oblast s teplotou >240 K. Mapy byly vytvořeny na základě reanalyzovaných dat MERRA-2, zdroj: giovanni.gsfc.nasa.gov
Kromě výše zmíněné klasifikace SSW na hlavní (major SSW) a slabé (minor SSW) existuje také klasifikace, která je založena na podobě (morfologii) dané události. Během SSW může být polární vír přesunut z pólu směrem do nižších zeměpisných šířek (Obr. 3 vpravo) nebo rozdělen na dvě části (Obr. 3 vlevo). Některé události jsou v tomto ohledu hůře klasifikovatelné, protože se polární vír může během několika dnů přemístit a následně rozdělit. Jednotlivé tvary událostí SSW jsou reakcí na různé troposférické prekurzory. S události SSW, při které se polární vír rozdělí, bývá spojována zejména blokující anticyklóna nad tichomořskou oblastí a severním Atlantikem. Tato situace často nastává při jevu La-Nina. Jako prekurzor události s přemístěním polárního víru je uváděna blokující tlaková níže nad severním Pacifikem (Aleuty), kterou v majoritních případech způsobuje jev El-Nino.
V předchozím odstavci jsme uvedli, že La-Nina i El-Nino (studená a teplá fáze jižní oscilace) zvyšují pravděpodobnost výskytu události SSW, které následně oslabují polární vír. Při neutrální fázi jižní oscilace je pravděpodobnost výskytu události SSW nižší. Dalším z výrazných prekurzorů výskytu událostí SSW je kvazi-dvouletá oscilace (QBO z angl. Quasi-biennial Oscillation). Jedná se o oscilaci v rovníkové stratosféře, kde dochází ke střídání západních a východních větrů s průměrnou periodou přibližně 28 měsíců (Obr. 4). Střídavé větrné režimy se vyvíjejí v horní části spodní stratosféry (přibližně ve 30 km) a šíří se směrem dolů rychlostí cca 1 km za měsíc až k tropopauze, kde jsou rozptýleny. Východní fáze QBO (kdy v rovníkové stratosféře převažují východní větry) podporuje výskyt SSW.
Obr. 4 Vývoj QBO za poslední 3 roky pomocí denních průměrů zonálního větru ze sondážního měření v Singapuru. Hnědé (modré) odstíny naznačují západní (východní) větry, zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Jaká je situace v letošní zimě? V roce 2023 nastal jev El-Nino (teplá fáze jižní oscilace), který stále přetrvává. Zároveň se aktuálně nacházíme ve východní fázi QBO (Obr. 4). Na základě diskuze z přechozích odstavců tak můžeme vyvodit, že v letošní zimě by se události SSW měly vyskytovat. Z Obr. 5 je patrné, že začátkem ledna 2024 došlo k slabému oteplení (SSW minor), které oslabilo polární vír a tedy zonální cirkulaci, ale úplné přetočení cirkulace nenastalo. Avšak i toto oslabení polárního víru způsobilo vpád chladného vzduchu do střední Evropy. O pár týdnů později, okolo 16. ledna, došlo k hlavnímu oteplení (SSW major) kdy se zonální cirkulace na krátký moment změnila na východní. Na obrázku je uvedena také predikce (oranžová linie), podle které by se mohla v následujících dnech odehrát další událost SSW (pravděpodobně i SSW major). V některých zimách se vyskytují i dvě hlavní oteplení např. v zimě 1998/1999, kdy první nastalo v prosinci 1998 a druhé v únoru 1999.
Obr. 5 Rychlost zonálních větrů na 60° s. š. v hladině 10 hPa (červená linie) v zimě 2023/2024, zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Není ale žádným pravidlem, že oslabený polární vír v důsledku působení událostí SSW automaticky vede k vpádům chladného vzduchu do mírných šířek (resp. střední Evropy). K vpádům studeného vzduchu vůbec dojít nemusí, anebo k nim dojde v jiné oblasti (např. v Severní Americe nebo v Asii). Vpád studeného vzduchu může také do střední Evropy směřovat přes severní Atlantik. V tomto případě se spodní část arktické vzduchové hmoty transformuje (zahřeje se nad oceánem), takže zimní počasí nastane v podmínkách České republiky pouze na horách. Některé typy událostí SSW mohou v ČR vyvolat i oteplení, ale o tom budeme pojednávat v dalším článku.
Obr. 1 Silný (vpravo) a slabý (vlevo) polární vír a jeho vliv na vpády arktického vzduchu do mírných šířek v chladné části roku, zdroj: weathersats.com
Arktický polární vír vykazuje vysokou meziroční variabilitu. V případě silného (stabilního) polárního víru se vzduch nad Arktidou prochlazuje a nedochází, alespoň v majoritních případech, k jeho vylévání do nižších zeměpisných šířek. V tomto případě převažuje zonální složka proudění (Obr. 1 vlevo). Pokud je polární vír slabší, hůře izoluje chladný vzduch nad Arktidou, a ten se tím pádem může rozlévat do nižších zeměpisných šířek. Můžeme tvrdit, že se oslabuje zonální proudění a dochází k jeho častější meridionalizaci (tedy i přenosu arktického vzduchu do nižších zeměpisných šířek).
Co však polární vír oslabuje? Tuto robustní zonální cirkulaci mohou narušit velké planetární vlny, které jsou schopny dopravit teplý vzduch z troposféry do jinak velmi chladné stratosféry. V důsledku působení těchto vln mohou teploty ve stratosféře stoupnout během několika dnů až o 50 °C. V tomto případě pak hovoříme o náhlých stratosférických otepleních (SSW z angl. sudden stratospheric warming). Typické teploty v zimní polární stratosféře v hladině 10 hPa (přibližně 30 km) jsou mezi -65 až -55 °C (208–218 K). Při událostech SSW teploty prudce stoupnou a v ojedinělých případech (např. v lednu 2009) se dostanou i nad 0 °C. Teplý vzduch je ve stratosféře spojen s anticyklonální cirkulací, což samozřejmě polární vír narušuje. Přibližně jednou za 2 roky se mohou v zimní arktické stratosféře větry úplně přetočit ze západních na východní. Tuto situaci označujeme jako hlavní oteplení (major SSW). Pokud při oteplení k obrácení cirkulace nedojde (dochází zpravidla pouze k jejímu oslabení), hovoříme o slabém oteplení (minor SSW).
Obr. 2 Rychlosti zonálních větrů na 60° s. š. v hladině 10 hPa (červená linie) v zimě 2017/2018 (vlevo) a v zimě 2020/2021 (vpravo), zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Obrácení zonální cirkulace na 60° s. š. při událostech SSW v letech 2018 a 2021 je patrné na Obr. 2. V roce 2018 nastala výrazná událost SSW v průběhu února a v roce 2021 k ní došlo začátkem ledna. Záporné hodnoty zonální cirkulace v grafech znamenají východní větry. V prosinci 2017 je patrné také slabé oteplení, které pouze zonální cirkulaci oslabilo, nedošlo k jejímu úplnému přetočení.
geopotenciální výšky (izolinie) v hladině 10 hPa způsobující rozdělení (vlevo) nebo přesunutí (vpravo) polárního víru. Písmeno N (V) značí cyklonální (anticyklonální) cirkulaci. Žlutá přerušovaná linie ohraničuje oblast s teplotou >240 K. Mapy byly vytvořeny na základě reanalyzovaných dat MERRA-2, zdroj: giovanni.gsfc.nasa.gov
Kromě výše zmíněné klasifikace SSW na hlavní (major SSW) a slabé (minor SSW) existuje také klasifikace, která je založena na podobě (morfologii) dané události. Během SSW může být polární vír přesunut z pólu směrem do nižších zeměpisných šířek (Obr. 3 vpravo) nebo rozdělen na dvě části (Obr. 3 vlevo). Některé události jsou v tomto ohledu hůře klasifikovatelné, protože se polární vír může během několika dnů přemístit a následně rozdělit. Jednotlivé tvary událostí SSW jsou reakcí na různé troposférické prekurzory. S události SSW, při které se polární vír rozdělí, bývá spojována zejména blokující anticyklóna nad tichomořskou oblastí a severním Atlantikem. Tato situace často nastává při jevu La-Nina. Jako prekurzor události s přemístěním polárního víru je uváděna blokující tlaková níže nad severním Pacifikem (Aleuty), kterou v majoritních případech způsobuje jev El-Nino.
V předchozím odstavci jsme uvedli, že La-Nina i El-Nino (studená a teplá fáze jižní oscilace) zvyšují pravděpodobnost výskytu události SSW, které následně oslabují polární vír. Při neutrální fázi jižní oscilace je pravděpodobnost výskytu události SSW nižší. Dalším z výrazných prekurzorů výskytu událostí SSW je kvazi-dvouletá oscilace (QBO z angl. Quasi-biennial Oscillation). Jedná se o oscilaci v rovníkové stratosféře, kde dochází ke střídání západních a východních větrů s průměrnou periodou přibližně 28 měsíců (Obr. 4). Střídavé větrné režimy se vyvíjejí v horní části spodní stratosféry (přibližně ve 30 km) a šíří se směrem dolů rychlostí cca 1 km za měsíc až k tropopauze, kde jsou rozptýleny. Východní fáze QBO (kdy v rovníkové stratosféře převažují východní větry) podporuje výskyt SSW.
Obr. 4 Vývoj QBO za poslední 3 roky pomocí denních průměrů zonálního větru ze sondážního měření v Singapuru. Hnědé (modré) odstíny naznačují západní (východní) větry, zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Jaká je situace v letošní zimě? V roce 2023 nastal jev El-Nino (teplá fáze jižní oscilace), který stále přetrvává. Zároveň se aktuálně nacházíme ve východní fázi QBO (Obr. 4). Na základě diskuze z přechozích odstavců tak můžeme vyvodit, že v letošní zimě by se události SSW měly vyskytovat. Z Obr. 5 je patrné, že začátkem ledna 2024 došlo k slabému oteplení (SSW minor), které oslabilo polární vír a tedy zonální cirkulaci, ale úplné přetočení cirkulace nenastalo. Avšak i toto oslabení polárního víru způsobilo vpád chladného vzduchu do střední Evropy. O pár týdnů později, okolo 16. ledna, došlo k hlavnímu oteplení (SSW major) kdy se zonální cirkulace na krátký moment změnila na východní. Na obrázku je uvedena také predikce (oranžová linie), podle které by se mohla v následujících dnech odehrát další událost SSW (pravděpodobně i SSW major). V některých zimách se vyskytují i dvě hlavní oteplení např. v zimě 1998/1999, kdy první nastalo v prosinci 1998 a druhé v únoru 1999.
Obr. 5 Rychlost zonálních větrů na 60° s. š. v hladině 10 hPa (červená linie) v zimě 2023/2024, zdroj: acd-ext.gsfc.nasa.gov
Není ale žádným pravidlem, že oslabený polární vír v důsledku působení událostí SSW automaticky vede k vpádům chladného vzduchu do mírných šířek (resp. střední Evropy). K vpádům studeného vzduchu vůbec dojít nemusí, anebo k nim dojde v jiné oblasti (např. v Severní Americe nebo v Asii). Vpád studeného vzduchu může také do střední Evropy směřovat přes severní Atlantik. V tomto případě se spodní část arktické vzduchové hmoty transformuje (zahřeje se nad oceánem), takže zimní počasí nastane v podmínkách České republiky pouze na horách. Některé typy událostí SSW mohou v ČR vyvolat i oteplení, ale o tom budeme pojednávat v dalším článku.
