ForrásMásfél fok; Mikes Márk – Meteorológus, időjárás-előrejelző, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Földtudományi Doktori Iskolájának doktorandusza.

Brutális tél várható idén, kemény sarkvidéki hideggel – egyre több hírben jelenik meg hasonló előrejelzés, egyben az energiaárak további emelkedését is sokszor jósolva. Pedig az igazság az, hogy jelenleg nem tudjuk megmondani, pontosan milyen lesz a tél: a hosszútávú előrejelzések ma még nem minden esetben pontosak (különösen Európára). A poláris örvény, amire sok, extrém hideget ígérő előrejelzés és hír épül, egy olyan összetett légköri jelenség, amelynek alakulásából szintén nem lehet egyértelmű következtetéseket levonni. A klímaváltozás miatt elsősorban az Északi-sarkkör erősebb felmelegedése a gyorsabb jégolvadással együtt megzavarhatja a sztratoszféra cirkulációját is, ám jelenleg nem tudunk biztosat mondani a poláris örvény sorsát illetően.

Jelenlegi tudásunk és előrejelző modelljeink segítségével csupán 1-2 hétre tudunk megbízható előrejelzéseket készíteni – ez az az időtáv, amin még elkülöníthető az egyes napok időjárása. Vannak hosszútávú (pl. évszakos) modellek is, melyekben a bolygónk lassabban változó rendszereit is figyelembe véve hetek vagy hónapok kiátlagolt értékei alapján elemezhetjük a várható időjárást, itt azonban sokkal nagyobb a bizonytalanság – trendekről (weather patterns), azaz például egyes területeken egyre inkább enyhülő telekről, vagy rendszeresebben érkező hőhullámokról könnyebben beszélhetünk, mint arról, hogy akár ezek alapján mi várható konkrétan a következő hónapokban.

Megmondja a poláris örvény!

Az extrém telet ígérő hírek egyik visszatérő hivatkozási pontja a poláris örvény: ez egy olyan légköri jelenség, melyről az elmúlt évtizedek kutatásainak köszönhetően valóban sokkal többet tudunk már, de viselkedése továbbra sem teljesen egyértelmű a tudósoknak.

A poláris örvény a sztratoszférában kialakuló ciklon, amely nem más, mint egy hideg levegőt magába záró légörvény, jellegzetes évszakos ciklikussággal: a nyári félévben lelassul és eltűnik, majd a téli félévben újra megjelenik a pólusok fölött. Ennek ugyanaz az oka, mint az évszakok kialakulásának: a Föld tengelyének dőlése, amely által a Napból érkező sugárzás a téli félévben nem éri el a sarkokat. Az északi póluson szeptember végén fél évre „lenyugszik a Nap”, ezáltal jelentősen csökken a hőmérséklet – ez nyomáscsökkenést idéz elő a magasban is, ami által egyre erősödő ciklonális (az óramutató járásával ellentétes) forgás indul be. Ezt nevezzük a gyakorlatban sztratoszférikus poláris örvénynek, ami az északi féltekén fennmarad egészen márciusig, amikor újra felkel a Nap a póluson.

Egy erős poláris örvény általában melegebb telekkel jár együtt hazánkban – támogatva a nyugatias áramlást –, ám ekkor veszélyforrást jelenthetnek például Európára az Atlanti-óceán felől érkező viharciklonok.

Előfordulnak azonban olyan telek, amikor a poláris örvény rövid időn belül legyengül, a szélirány nyugatiból keletivé változik a magasban, emellett a sztratoszféra hőmérséklete is több 10 °C-kal megemelkedik.

Ezeket az eseményeket nevezzük hirtelen sztratoszférikus melegedésnek (angolul Sudden Stratospheric Warming; SSW), melyek a légkör legintenzívebb változásai közé tartoznak.

Elsőként az 1950-es években fedezték fel őket, majd a műholdak megjelenésével felgyorsult a kutatásuk. Jelenleg már jóval több információval rendelkezünk, ám mivel csupán 40 év (megbízható) adatai állnak rendelkezésre, továbbra is vannak nyitott kérdések. Az, hogy a hirtelen melegedéseket mi indítja be, még nem teljesen tisztázott. Egyes elméletek a troposzféra jelentős anomáliáival, mások a légkör még magasabban található részeivel hozzák kapcsolatba. Ezen hirtelen melegedések után a poláris örvénnyel két dolog történhet:

  • egyrészt nagymértékben megváltoztathatja helyét (eltolódik a pólustól),
  • másrészt két kisebb örvényre szakadhat (ekkor egy rögtön érezhető effektus, hogy kevesebb ózon tud elbomlani, így ezek a melegedések csökkentik az ózonlyuk nagyságát (amely számunkra jó hír)).

Mindkét esetben várható, hogy a hirtelen sztratoszférikus melegedés valamilyen hatással legyen a mindennapi időjárásunkra, ám

statisztikailag csak az esetek 2/3-ában történik meg az interakció.

Ha gyengül a poláris örvény, jöhetnek a hidegbetörések?

A troposzférában – azaz a légkör legalsó, nagyjából 8-12 km-es, és így a napi időjárásunkat leginkább érintő részében – általában 2-3 héttel az esemény után detektálhatók a hirtelen melegedések hatásai, elsősorban a pólus fölötti légnyomás emelkedik meg látványosan. Ez a troposzféra mindenkori elrendeződésétől függően általában hideg légtömegek alacsonyabb szélességek felé történő mozgásával jár.

Erre tankönyvi példa volt a 2020/21-es tél, amikor egy január 4-én bekövetkezett hirtelen sztratoszférikus melegedést februárban Észak-Amerikában és Európában is komoly hidegbetörés követett.

Ám a hatások, ahogy korábban említettük, nem ennyire egyszerűek. Egyelőre nem jelenthető ki biztosan, hogy egy ilyen eseménynek pontosan mikor és milyen hatásai lesznek a felszín közelében. Ahogy abban sem lehetünk biztosak, mire számíthatunk idén a poláris örvény alakulásával kapcsolatban: a hosszútávú előrejelzésekben támaszkodhatunk úgynevezett távkapcsolati rendszerekre is – ez azt jelenti, hogy a Föld egy pontján tapasztalt változás más helyszínen is érezteti valamilyen formában a hatását. Ám a légkör egy komplex rendszer, így

nem vonhatunk le olyan merész következtetéseket, hogy extrém hideg telünk lesz csak azért, mert statisztikailag egy távkapcsolat miatt nagyobb az esély idén télen egy gyengébb poláris örvényre.

A klímaváltozás a poláris örvényre is hat, csak még nem tudjuk pontosan, hogyan

Na de miért is fontos nekünk a poláris örvény, várhatóak-e változások a klímaváltozással összhangban? A rövid válasz természetesen igen, várható – ám a pontos kép ennél jóval árnyaltabb. Az üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedésével a troposzféra tovább fog melegedni, ám a fölötte található sztratoszféra, illetve poláris örvény esetén nagyobb a bizonytalanság a változásokat illetően.

Egy fontos trend, amelyet az elmúlt évtizedekben fedeztek fel, hogy az ún. Brewer-Dobson cirkuláció (amely nagyon leegyszerűsítve a troposzféra és a sztratoszféra közötti anyagmozgást jelenti) a klímaváltozás miatt felgyorsult. Ennek a jövőben főképp a légkörünkben található nyomgázok koncentrációinak változásában lesz nagyobb szerepe, de a sztratoszférikus örvényre is hatással lehet. Egy másik jelentős változás, amely már most is megfigyelhető, hogy az Északi-sarkkör nagyobb ütemben melegszik, mint a Föld többi területe.

Ez a jelenség a gyorsabb jégolvadással együtt megzavarhatja a troposzféra és a sztratoszféra cirkulációját is.

A klímamodellek egyelőre nem értenek egyet a sztratoszférikus poláris örvény sorsát illetően, egyes szcenáriók szerint (Wu et al., 2019) gyengülni fog, ezáltal a hidegbetörések gyakorisága megnőhet, míg vannak olyan forgatókönyvek is, melyekben erősebb poláris örvény szerepel. A hirtelen sztratoszférikus melegedések gyakorisága viszont nem növekedett az elmúlt évtizedekben és a modellek szerint sem várható jelentős változás a számukban. Az azonban bizonyos, hogy a troposzféra és a sztratoszféra közötti kölcsönhatások – még ha kissé bonyolultak is – de a klímaváltozás által szintén érintettek, így a felmelegedés mérséklése továbbra is közös érdekünk, akár kemény telünk lesz idén, akár nem.

Az esetleges félreértések elkerülése végett a cikk a sztratoszférikus poláris örvényről szól, melyet gyakran értelmeznek azonosnak a troposzférában található poláris örvénnyel (amely jóval alacsonyabban, 5-10 km-rel a földfelszín fölött található). A két jelenség közötti legnagyobb különbség az, hogy míg a sztratoszférikus örvény nyáron eltűnik, helyette gyenge keleti szelek fújnak a magasban, addig a troposzférikus poláris örvény jelen van nyáron is, csak gyengébb formában és északabbra visszahúzódva. A két örvény természetesen szoros kapcsolatban áll egymással, de nem szabad összetévesztenünk vagy netán egy kalap alá vennünk őket.

Az elmúlt évtizedekben kiterjedt kutatás zajlott a poláris örvény távkapcsolati rendszereinek felderítésére. Ennek fő célja az előrejelzések javítása volt, hiszen egy ilyen eseményt (SSW) a numerikus időjárás-előrejelző modellek csupán 2 héttel a bekövetkezés előtt tudnak prognosztizálni. Egy ilyen távkapcsolati rendszer például a kvázi kétéves oszcilláció (Quasi Biennal Oscillation; QBO), melyet már a 80-as években felfedeztek. Maga az oszcilláció egy nyugatias és egy keleties fázisból áll, melyek nagyjából két évente (átlagosan 28 havonta) váltják egymást az Egyenlítő fölött. A szélirány megváltozása először a sztratoszféra felső részében következik be, majd lassan halad a sztratoszféra alsóbb része felé. A QBO és a poláris örvény közötti kapcsolatot Holton-Tan effektusnak nevezzük, melynek lényege, hogy amikor az imént említett oszcilláció keleti fázisban van, akkor több SSW-t figyeltek meg az északi féltekén, mint a nyugati fázisban (ám ez nem jelenti azt, hogy feltétlenül számolnunk kell hirtelen melegedéssel egy keleties oszcilláció esetén). Ezen felül számtalan kutatás zajlott egyéb távkapcsolatok felderítésével kapcsolatban, mint például a trópusi zivatartevékenység erőssége, a tengerfelszín hőmérséklete és az eurázsiai hóborítottság, csak, hogy párat említsünk.

A múltbeli hirtelen sztratoszférikus melegedések átlagolt hatásai a troposzférában. Bal oldalt a felszíni hőmérséklet, míg jobb oldalt a csapadék átlagtól vett eltérésének értékeit láthatjuk az északi féltekén (az átlagolás a melegedés utáni 60 napban történt). Láthatjuk, hogy általában Európában és Észak-Amerikában hidegebb időjárás köszönt be (ahogy idén télen is történt), míg Grönland térségében melegebb. A csapadék esetén kevésbé egyértelműek a hatások. Forrás: A Sudden Stratospheric Warming Compendium – Scientific Figure on ResearchGate.
Az északi félteke poláris örvény erősségének klimatológiáját (10 hPa-on, 60. északi szélességi kör átlagos zonális szélsebessége) láthatjuk az ábrán. A piros vonal az idei év regisztrált szélsebességeit, a citromsárga a mérések kezdete óta mért átlagot jelenti, míg zöld színnel az előrejelzett erősség látható. Szürkés színnel a különböző percentiliseket láthatjuk, míg a vékony fekete vonal a valaha mért legmagasabb vagy legalacsonyabb értékeket jelenti egy adott naptári napon. A pozitív értékek nyugatias, a negatívak keleties szélirányt jelölnek. Az ábrán megfigyelhetjük, hogy idén már volt egy kisebb meggyengülése a poláris örvénynek, ám ilyet tapasztaltunk korábban is (viszont ritkaság, nem ez jellemző októberben). Forrás: NOOA Climate Predicition Center