Wir polarny i cyrkulacja strefowa w cieplejszym klimacie

Nad Arktyką cały czas utrzymuje się wir polarny, dzięki czemu panują tam niskie temperatury, miejscami spadające do -40^oC. Ale w świecie cieplejszego klimatu nic nie ma za darmo. Kiedy dobrze dzieje się w Arktyce (przynajmniej teoretycznie), to gdzie indziej sytuacja wygląda inaczej. U nas praktycznie nie ma zimy, śnieg leży tylko w górach. Jeśli spadnie na niżej położonych terenach, to dwa dni później nie ma po nim śladu. Na zdjęciu satelitarnym obok (kliknij, aby powiększyć) widać Europę w tym Polskę na początku tego roku. 

Wir polarny kształtuje temperatury w Arktyce

 

Temperatury w Arktyce na wysokości 10 hPa odzwierciedlające ułożenie i stan stratosferycznego wiru polarnego w dniach 26 grudnia 2019 - 2 stycznia 2020 roku. Po prawej: prędkość wiatru w m/s na wysokości 10 hPa. NOAA/ESRL

Od kilkunastu tygodni w Arktyce utrzymuje się stabilny i dość silny wir polarny, który kształtuje warunki pogodowe w Arktyce i wokół niej. Dzięki temu, że się nie rozpadł, że w ogóle powstał w należytej formie (temperatura wiru -80^oC, wiatr ponad 90 m/s) i utrzymuje się, to w Arktyce nie ma zawirowań w meandrach prądu strumieniowego. W Arktyce występuje silna komórka polarna, a co za tym idzie temperatury przy powierzchni Oceanu Arktycznego spadają do -30^oC, a nawet -40^oC. Na Grenlandii czy Wyspie Ellesmere'a jest jeszcze zimniej.  

Powierzchnia lodu morskiego w 2019/2020 roku względem wybranych lat. Dane NSIDC, wykres Nico Sun 

Zaistniała sytuacja sprawia, że tempo zamarzania powierzchni arktycznych wód nie zwalnia, nie ma takich zastojów jak w ostatnich latach, szczególnie w roku 2016. Od połowy października lód morski zwiększa swoją powierzchnię/zasięg bez większych przeszkód. Aktualnie jego powierzchnia, jak pokazuje powyższy wykres, wynosi prawie 11,7 mln km² i od 31 grudnia wzrosła o ponad 260 tys. km². To przyzwoite tempo, które ma miejsce dzięki niskim temperaturom, jakie zapewnia wir polarny. Jedynie w przypadku Morza Czukockiego występował przez dłuższy czas problem z zamarzaniem. Mapa obok pokazuje odchylenia powierzchni lodu względem średniej 2007-2016.

 Odchylenia temperatur od średniej 1981-2010 na półkuli północnej (45-90^oN) w dniach 26 grudnia 2019 - 2 stycznia 2020. NOAA/ESRL

Wir polarny sprawia, że ziemne polarne powietrze jest uwięzione w Arktyce. Z tego powodu ciepło nie może dostać się do Arktyki. Tylko co jakiś czas dochodzi do relatywnie krótkich adwekcji nad obszar Oceanu Arktycznego. 

Odchylenia temperatur od średniej 1979-2000 na półkuli północnej 5 stycznia 2019 roku. Niżej przedstawiona jest średnia temperatura dobowa. Climate Reanalyzer

Jako że wir polarny utrzymywał się przez cały listopad i grudzień w dobrym stanie, to ogólnie w Arktyce temperatury wciąż są dzięki temu niskie. Aktualnie nieco wzrosły, bo jak ilustruje to mapa obok, cyrkulacja atmosferyczna umożliwiła napływ ciepła znad pozbawionej śniegu Europy i słabo wychłodzonej zachodniej części Rosji. Odchylenia są i tak bardzo małe, sięgają najwyżej 2^oC głównie dlatego, że występują lokalne adwekcje ciepła. Tak jest teraz nad Morzem Karskim, co podbija stawkę dość zimnego sumarycznie obszaru Oceanu Arktycznego. Zarówno pierwsza jak druga mapa odchyleń pokazuje, że Arktyka za sprawą wiru polarnego pozostaje stosunkowo chłodnym regionem Ziemi. I taka sytuacja utrzyma się przez kolejne dni, a nawet tygodnie. Tylko co jakiś czas ciepło będzie się przebijać, co spowoduje spowalnianie przyrostu lodu nad obszarem adwekcji. 

A jak ma się cyrkulacja strefowa do czasów sprzed 20 czy 30 lat? A no tak, że owszem kiedyś też były łagodne zimy. Tyle tylko, że cyrkulacja strefowa kiedyś oznaczała tę jedną różnicę, że odwilże były między lekkimi mrozami ze śniegiem, ale tak jak teraz mrozy między długimi odwilżami z brakiem śniegu - przesuwają się nam strefy klimatyczne, rosną temperatury oceanów, więc izotermy też przesuwają się na północ. Rozszerza się także komórka Hadleya - strefa gorącego powietrza gdzie prawie w ogóle nie pada deszcz.

Coś za coś

Powierzchnia pokrywy śnieżnej na półkuli północnej, w Ameryce Północnej i w Eurazji w 2019/2020 roku względem odchyleń standardowych okresu 1998/99-2011/12. Canadian Cryospheric Information Network

Taka sytuacja przysłuży się Arktyce, a przynajmniej powinna. Szybkie zamarzanie i śnieg izolujący czapę lodową przed zimnem nie wróży dobrze na następny sezon topnienia. My też nie mamy się z czego cieszyć. Na powyższych mapach widać, że rozkład temperatur nie daje wielkich możliwości dla obecnej pory roku. Rezultatem jest to, że śniegu w Europie i w USA jest niewiele. W przypadku Europy będącej pod wpływem ciepłego powietrza atlantyckiego, w ogóle trudno jest mówić o śniegu. Powyższego zestawienia wykresów tłumaczyć nie trzeba, a mapa obok ilustruje aktualne różnice w grubości pokrywy śnieżnej względem średniej z okresu 1998/99-2011/12. Śniegu jest ogólnie jak na lekarstwo, choć jego ilość, wyrażana w grubości jest niektórych miejscach duża, bo z powodu wzrostu ilości pary wodnej w atmosferze opady śniegu są zimą większe. 

Możemy nie lubić takich widoków, szczególnie gdy mamy samochód, a zima znów zaskoczyła drogowców, ale pokrywa śnieżna w naszej części świata jest konieczna.

Śnieg jest potrzebny. Z hydrologicznego punktu widzenia śnieg zimą musi być. W naszej strefie klimatycznej na ilość dostępnej wody wpływają silnie również opady śniegu - a te są coraz mniejsze. Śnieg jest ważnym elementem całego systemu, pełniącym inną funkcję, niż deszcz. Biały puch ma to do siebie, że topnieje powoli, dzięki czemu woda powoli wnika w glebę. Na wiosnę korzystamy więc z wody zmagazynowanej w glebie przez zimę. Z deszczem jest inaczej. 

Co więcej, śnieg jest ważny z uwagi na izolację traw, ozimin i gleby przed ewentualnym mrozem. Cyrkulacja strefowa wynikła z obecności silnego wiru polarnego nie oznacza, że od mrozu jesteśmy wolni. A nawet jeśli, to może przyjść wiosną, kiedy szczególnie z powodu ciepłej zimy wszystko zacznie kiełkować na dobre. 

Poza tym przyroda u nas jest dostosowana do cyklu - zima ze śniegiem - reszta okresu bez śniegu.  Śnieg i mróz nadają kształt całemu środowisku przyrodniczemu i warunkują jego istnienie. Jeżeli zabrakłoby białego puchu i dłuższych okresów zimna, świat wokół nas czekałyby fundamentalne i często bardzo niekorzystne zmiany. I to chyba się już zaczyna dziać. Gatunkiem wymagającym corocznego „przemrożenia” jest świerk pospolity. Brak normalnej zimy oznacza wymieranie świerka, a bez ochronnego lasu w górach, wiatry i deszcze błyskawicznie zlikwidowałyby cienką, z trudem wytworzoną warstwę gleby. Świerk nie zostałby więc zastąpiony przez „wspinające” się z dołu wraz z ociepleniem, inne gatunki drzew. Góry wylesiałyby się, stałyby się nagie. Tym samym przestałyby pełnić rolę rezerwuaru, zasilającego ziemię wodą pochodzącą ze śniegu. Bezleśne zbocza nie chroniłyby też przed powodziami.

Bajkowo więc to nie wygląda.

Zobacz także:

• Na Ziemi przybywa śniegu, ale w grudniu 2019 może być inaczej, piątek, 27 grudnia 2019 Wieloletnie obserwacje pokazują, że powierzchnia zalegającego na półkuli północnej śniegu rośnie. Ale to dotyczy półrocza zimowego, w tym przypadku listopada i grudnia. Z drugiej strony, ten rok w przypadku grudnia może wyłamać się z wieloletniego trendu. 
• Wielkie zwały śniegu pod naporem rosnących temperatur, czwartek, 26 kwietnia 2018