De polaire draaikolk, een werveling van lagedruklucht zes mijl hoog in de atmosfeer, heeft eind januari 2019 een groot deel van het Amerikaanse Midwesten en Noordoosten verwoest met temperaturen die koud genoeg waren om binnen enkele minuten bevriezing te veroorzaken.

Voor vrijdag, 1 februari, de draaikolk en de Arctische lucht die de steden van Fargo tot Pittsburgh tot Detroit binnenstroomden, hadden geleid tot dagenlange school- en bedrijfssluitingen, duizenden geannuleerde vluchten, een halt toe te roepen aan de postbezorging, en een paar stroomstoringen en pleidooien voor minder verwarming. Bij weergerelateerde incidenten kwamen zeker 21 mensen om het leven en raakten tientallen gewond. Ambtenaren waarschuwden bewoners om binnen te blijven, zelfs toen meteorologen lenteachtig weer begonnen te voorspellen en de waarschijnlijkheid van een temperatuurschommeling van 80 graden binnen een paar dagen.

Het begon allemaal nadat de polaire vortex die normaal boven de Noordpool zweeft op 2 januari in tweeën is gesplitst. het resultaat van het breken van planetaire golven in de stratosfeer, zei Stanford atmosferische wetenschapper Aditi Sheshadri.

"Als de polaire vortex in tweeën splitst, de straalstroom beweegt naar het zuiden over het Atlantische bekken, en het neemt alle stormen mee, " zei Sheshadri, een assistent-professor aardsysteemwetenschap in Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). "We hebben geen idee tijdens een bepaalde gebeurtenis wanneer de stormen precies kunnen toeslaan, maar gemiddeld zie je effecten gedurende een maand of twee nadat de vortex is gesplitst."

Sheshadri legt de wetenschap uit achter de polaire vortex en de gevaarlijke effecten ervan op het weer aan het aardoppervlak, hoe het fenomeen verband houdt met de uitstoot van kooldioxide, en waarom kan worden verwacht dat de vortex de komende jaren meer winterstormen en Arctische lucht naar delen van de Verenigde Staten en West-Europa zal brengen.

Wat is de polaire vortex?

ADITI SHESHADRI:De polaire vortex vormt zich elke winter vanwege het temperatuurverschil tussen de evenaar en de polen. In de polaire stratosfeer, zonlicht wordt in feite afgesneden tijdens de late herfst en vroege winter - en dat maakt het echt koud, terwijl de evenaar behoorlijk warm blijft.

Een straal vormt zich om dit temperatuurverschil te compenseren. Deze jet is wat we de polaire vortex of de poolnachtstraal noemen. Het stroomt in een volledige cirkel rond de paal, 10 kilometer of iets meer dan zes mijl boven het aardoppervlak.

Wat drijft het gedrag van de polaire vortex?

AS:Het is het sterkst in het midden van de winter wanneer het temperatuurverschil maximaal is. Maar op het zelfde moment, de polaire vortex is dit levende wezen. Het wordt beïnvloed door golven gecreëerd aan het aardoppervlak, die opgewonden raken door dingen zoals stroming die over bergen beweegt of stroming die over land en zee beweegt, die in verschillende mate opwarmen. Als het aardoppervlak helemaal vlak was – als je een aquaplaneet had met rondom de oceaan – dan zou de polaire vortex niet uiteenvallen.

Deze luchtstromen, bekend als Rossby-golven, zich voortplanten in de stratosfeer, waar ze breken zoals golven breken op een strand. Je hebt een draaikolk die vredig rond de paal gaat. Elke keer als er een golf breekt, het geeft momentum aan de vortex.

Soms kan een brekende golf sterk genoeg zijn om de vortex over de paal te verplaatsen, of zelfs de richting van de vortex omkeren. Wanneer dat gebeurt, de temperatuur in de polaire stratosfeer kan in een week met 50 graden stijgen. Het is echt een extreme gebeurtenis.

Deze golven kunnen de vortex ook zodanig verstoren dat deze in twee segmenten splitst, dochterwervels genoemd.

Wat gebeurt er als de vortex splitst?

AS:Het ene segment beweegt zich meestal over Siberië en het andere over Noord-Amerika. Zodra dat gebeurt, de jetstream in de troposfeer boven de Atlantische Oceaan beweegt naar het zuiden.

Koude Arctische lucht die normaal gesproken wordt bijeengedreven door de straalstroom rond de paal, kan dan naar de middelste breedtegraden aan de oostkust gaan, in het middenwesten en over West-Europa.

stormen, die langs de jetstream rijden, ga naar het zuiden, te. Ze schakelen niet per se onmiddellijk:het kan een paar weken duren voordat ze zich hebben georganiseerd om te reageren en de jet in te halen. Stormen die Canada zouden hebben getroffen, komen in plaats daarvan naar New York en Chicago.

Waarom brengt de polaire vortex niet hetzelfde weer naar de westkust?

AS:We weten niet precies waarom de polaire vortex het Pacifische bekken niet beïnvloedt, maar we hebben enkele eerste hypothesen. We denken dat het iets te maken heeft met de ligging van de jets in de twee bassins. In het Atlantische bekken, de jetstream bevindt zich op hogere breedtegraden. In het Pacifische bekken, het is dichter bij de evenaar.

Topografie kan ook een rol spelen. In het Atlantische bekken, lucht stroomt over de Rockies en golven komen van die hoge bergen en beïnvloeden de jetstream. In de Stille Oceaan, de jetstream is verder weg van alle bergen die storende golven kunnen genereren.

Hoe beïnvloeden menselijke activiteiten de polaire vortex?

AS:Toenemende kooldioxide in de atmosfeer koelt de polaire stratosfeer af, wat het temperatuurverschil tussen de pool en de evenaar zou kunnen vergroten en de polaire vortex zou kunnen versterken. Er is ook enig modelbewijs dat de golven die zich naar boven in de troposfeer voortplanten, energieker worden naarmate de planeet warmer wordt. wat leidt tot een meer verstoorde polaire stratosfeer.

De polaire vortex zelf is niet nieuw, maar het lijkt nu elk jaar het weer aan de oppervlakte te beïnvloeden op een manier die in de recente herinnering niet het geval was. Wat veranderde?

AS:De term "polaire vortex" bestaat al sinds het einde van de jaren veertig. Het vormt zich elke winter en breekt in de lente af. Maar de laatste 20 jaar of zo, de polaire vortex was erg, erg gestoord in het midden van de winter. Tussen 1989 en 1998, echter, er waren geen gespleten vortex-gebeurtenissen in het midden van de winter. En als je kijkt naar polaire vortex-gebeurtenissen die in 1979 begonnen, wanneer satellietgegevens beginnen, tot nu, de vortex splitst zich of wordt gemiddeld slechts om de twee jaar verplaatst.

We begrijpen niet wat de variabiliteit van deze gebeurtenissen van decennium tot decennium drijft, maar ze komen zeker vaker voor.