Wat betekent een opwarming in de stratosfeer?

In de winter van 2012-2013 werd een forse opwarming in de stratosfeer gevolgd door een winterse episode later in 2013. De compacte polar vortex kreeg namelijk rake klappen waardoor de kans op een blokkade significant ging toenemen. In mensentaal hebben we voor West-Europa nood aan een geblokkeerd stromingspatroon dat de straalstroom dwingt om volledig richting het zuiden van Europa te gaan.

Op die manier kan continentale koude uit Oost-Europa via een trekpaard boven Italië naar het westen vloeien. De ideale manier om sneeuw en flinke vrieskou tot in de Benelux te krijgen. Een nuttig filmpje over de betekenis van een opwarming in de stratosfeer (via Met Office)

Diverse lagen in de atmosfeer

Even kort samenvatten, zonder complexe bewoordingen. De stratosfeer is slechts 1 van de luchtlagen die deel uitmaken van de atmosfeer. Wetenschappers hebben deze luchtlaag altijd al bestudeerd, maar durven er nu linken zoeken met winterweer op het noordelijk halfrond. Ze zijn er immers van overtuigd dat hogedruk- en lagedrukgebieden profiteren van de complexe processen boven de troposfeer.

Alleen zijn de effecten voor ons weer niet altijd ‘live’ zichtbaar. Er heerst een zogenaamde downwelling van een opwarming in de stratosfeer richting de troposfeer.

temperatuur stratosfeer op 30 km

(1) Toestand stratosfeer op 30 km. Gezond versus afwijkend door warming.

Als voorbeeld nemen we de toestand van de stratosfeer in 2009. In de linkerafbeelding (1) zien we een vrij normaal ‘voetafdruk’ (2) van een compacte polar vortex. De temperatuur op 10 hPa (30 km) loopt terug tot -80 / -90°C. In de afbeelding rechts (1) zien we een flinke opwarming in de stratosfeer. Deze zorgt voor een scherp afwijkende ‘voetafdruk’ (2).

gespleten polar vortex op stratosfeer

(2) Aan de linkerzijde zien we een compacte PV met een normale voetafdruk. Rechts zien we een split ontstaan van de polar vortex. Dat dit een effect heeft op de positie en krachten binnen hoge- en lagedrukgebieden staat buiten kijf.

Problemen in de stratosfeer brengen winterweer

Na de forse warming in de stratosfeer blijven de effecten begin februari 2009 niet uit. In Noord-Amerika dalen de temperaturen richting -30°C en ook West-Europa ontsnapt niet aan een fikse winterprik. Op 2 februari 2009 wordt tot 20 centimeter sneeuw gerapporteerd in Londen. Volgens onze collega’s van BBC was het de meest intensieve sneeuwval in ruim 20 jaar.

Een statistiek die toch wel kan tellen voor de sneeuwfetisjisten hier op de website. De oorzaak van dit winters weerbeeld moeten we niet alleen zoeken in de onderste luchtlaag van de atmosfeer, ook de stratosfeer heeft hier haar duit in het zakje gedaan.

opwarming in de atmosfeer

De stratosfeer behoort samen met de troposfeer, de mesosfeer en de thermosfeer tot de atmosfeer van de wereld.

Reeds in januari 2009 werd een forse opwarming berekend door quasi alle weermodellen. In amper enkele weken tijd ging het kwik in de stratosfeer tot 50 graden omhoog. Van een ‘gezonde’ setting naar een compleet verstoorde stratosfeer. Eerder in dit artikel hebben we geschreven dat er een downwelling nodig is om de effecten ook te zien op het weerbeeld.

De omkering van de windsnelheden uit westelijke richtingen naar het oosten en dat met 200 km/u konden hun effect niet missen op het weerbeeld op het noordelijk halfrond.

Waarom koelt de stratosfeer af in de winter?

Hiervoor hebben we een logische verklaring. Door het gebrek aan zonlicht vanwege de stand van de aarde kan het in deze luchtlaag fors afkoelen. Normale omstandigheden resulteren in -80°C of lager. Een (forse) opwarming en vooral een Sudden Stratopsheric Warming (SSW in de volksmond) kunnen de arctische temperaturen fors gaan compenseren. Een natuurfenomeen waar wetenschappers nog steeds mee bezig zijn hoe het wordt veroorzaakt.

Mogelijk dat de interactie met de hoeveelheid sneeuw in Rusland/Siberië in direct verband staat met de hoeveelheid zonlicht die in de stratosfeer wordt geïnjecteerd. Hier zouden we dus de link moeten leggen met de afmetingen van een sneeuwdek in het noordelijk halfrond en de kansen op een SSW later in de wintermaanden. Iets wat Judah Cohen ook analyseert.

Gezonde stratosfeer, westelijke polar night jet

Hebben we een gezonde stratosfeer met arctische temperaturen gedurende de wintermaanden, dan is de windrichting hoofdzakelijk west op enige hoogte. Dit fenomeen hebben we te zoeken in de opbouw van het lagedrukgebied boven de Noordpool. Ten zuiden van deze koude lucht is de lucht warmer en ontstaan hogedrukgebieden (bijvoorbeeld: hogedrukgebied nabij de Azoren).

De fysica toont aan dat warme lucht naar de koudere gebieden vloeit en dus haar weg zoekt naar de Noordpool. Als laatste draait de aarde om haar as die de wind van west naar oost pusht. Voilà, de westelijke polar night jet is geboren en dat levert voor West-Europa veelal een zonale luchtcirculatie op.

afbeelding polar night jet

Een gezonde weersituatie in de wintermaanden levert een zonale/westelijke luchtcirculatie op die we meteen kunnen koppelen aan de jetstream/straalstroom. Een omkering  van deze windrichting door een warming in de stratosfeer (eventueel agressief door SSW) hebben een grote impact op het weerbeeld in de troposfeer.

Opwarming in stratosfeer en haar effect

We moeten voorzichtig zijn met een uitspraak te doen dat de opwarming in de stratosfeer meteen een gunstig effect heeft voor winters weer in Europa. Er zijn namelijk nog meer factoren/parameters die hun invloed laten gelden op de weerprocessen in de onderste km.

We kunnen er niet van onderuit dat een verstoring van het ‘normaal’ patroon binnen de stratosfeer een bepalende factor is voor een hogere kans op winterse configuraties in de weermodellen. Waar dat uiteindelijk zal gebeuren is niet te zeggen. Veelal loopt Noord-Amerika weg met de prijzen en kan het daar ijzig koud worden met bakken sneeuw en stormdepressies.

gespleten polar vortex op stratosfeer

 

Laten we even teruggaan naar de 2de afbeelding in dit artikel. De rechtse variant van de polar vortex is duidelijk gebroken en in 2 delen gesplitst. We spreken van een Polar Vortex Split. We zien ook enkele pijltjes die de windrichting aanduiden. In de rechtse afbeelding is duidelijk een oostelijke component te zien die vanuit Oost-Europa naar West-Europa geprojecteerd staat. De typische westelijke luchtcirculatie wordt grondig verstoord. Het ontstaan van een gunstig weerpatroon in de winter is een stukje groter.

Op 2 februari 2009 zorgde deze setting voor een downwelling van jewelste in de troposfeer. Noord-Amerika werd geconfronteerd met een diepe noordelijke luchtcirculatie. Arctische luchtmassa’s rechtstreeks vanaf de Noordpool konden zich ontfermen over grote delen van Amerika. De effecten voor Europa waren ook niet mis. Hieronder het archief van GFS.

koude lucht bereikt Benelux

Dankzij een fikse opwarming in de stratosfeer werd het weerpatroon aardig verstoord boven Europa. Een retrograadse move van lagedrukgebieden was aan de orde (logische met de oost-west windcirculatie). Er viel flink wat sneeuw in de Lage Landen met dank aan een Scandinavisch hogedrukgebied dat tegengas bood aan de westelijke luchtcirculatie. Mensen die foto’s hebben uit die tijd mogen ze gerust delen in een reactie.

Bron images: Goddard Modeling and Assimilation Office at NASA Goddard Space Flight Center.


Lees ook eens:

  • Dirk Vandenbroecke

    In mijn archieven van jan-feb 2009 vind ik geen noemenswaardige sneeuwval terug en ook de temperaturen waren niet zo uitzonderlijk.Winter begon vroeg met al in nov sneeuwbuien (23-24),periode met vorst tot -9 in dec (26-31),koude periode tot -12 in jan 2009 (verlengde van dec tem 12 jan 2009 met 2cm sneeuw op 5/1),opnieuw kouder tot -7 van 27/01 tem 4/2 met 3cm sneeuw op 2/2/2009 en dan van 11/2 tem 19/2 terug frisser weer.Rond 14/2 lag er 30cm id Ardennen.De winter erna,2009-10 was veel kouder met meer sneeuw.In 2008 hadden we ook grote vulkaanuitbarstingen op de Aleoeten—) effecten in winter 2009-10 en 2010-11 ?Met zo’n bijeffecten,tijdelijk,van grote vulkaanuitbarstingen op het klimaat en de weerpatronen word hier niet geproken alhoewel er wel degelijk een effect is zoal na de massievre uitbarsting vd El Chicon in 1982,strengere winters in 84-85 -86 en 87 (met elftstedentochten in feb 85 en 86).
    In 1991 ontploffing vd Pinatubo gevolgd door koudere winters in 92-93-94-95-96 (met elfstedentocht in jan 1997).De tijdelijke afkoeling als gevolg van grote vulkaanuitbarstingen kan de aanzet zijn tot strengere winters hier bij ons en zeker de moeite waard om rekening mee te houden.

    • Thomas

      Vulkaanuitbarstingen doen het klimaat wel degelijk afkoelen door de enorme hoeveelheden zwaveldioxide die ze uitstoten. Toch zijn de effecten hiervan onmerkbaar. Enkel supervulkanen van boven VEI 7 hebben wel merkbare effecten. Alleen zijn erupties van die magnitude erg zeldzaam. Mij lijkt vooral de zonneactiviteit de grootste beïnvloedende factor bij warme of koude winters.

  • Thomas

    Ik ben wel veel positiever gezind over deze Warming in de stratosfeer i.v.m. met die van februari 2016. Ten eerste doet deze zich maar liefst 11 dagen eerder voor, waardoor we voor winterweer nog vrij safe zitten als de effecten zichtbaar zouden worden. Ten tweede geeft de Vortex ook bijlange na niet zoveel tegengas meer: de restanten hebben geen drang om terug naar de Noordpool te trekken en sterken bovendien daarna ook niet meer aan. Nu zien we duidelijk dat het overblijfsel veel zuidelijker wordt gedrukt en veel langer op een gunstige positie blijft liggen. Hierdoor zou de downwelling duidelijker moeten zijn met een explosieve stijging van de kans op een blokkade op de Atlantische Oceaan of een Scandihoog. De TGV van een straalstroom zou rond midden februari wel eens in volle vaart kunnen botsen met de effecten van de Zonal Winds die (zo goed als) volledig zijn omgekeerd. https://uploads.disquscdn.com/images/823ca8746e74a965881cb77c0c809bfb44fc103fba2230b41eca48301572cfbd.png https://uploads.disquscdn.com/images/45098c6966bfd0855b71fa14e3991debb1f6ae5d1f93af1b140876ad239a3bcc.png https://uploads.disquscdn.com/images/c1cb0fd5d75e7493b0a1c6dc918cbee907c404367ff0ffdb382648d9e09b8748.png https://uploads.disquscdn.com/images/4891692220a8ce3dc873734574d9bb471b2d14f2d1276068350e0a1737268fb6.png

    • Dries Denolf

      Je uiteenzetting maakt me veel duidelijk, Thomas. Gisteren had ik je op de andere topic “wintertoestanden januari 2017” gevraagd wat van Nicolas’ artikel over de stratosfeer momenteel van toepassing is en je hebt er me nu een begrijpelijk antwoord op gegeven, waardoor ik er een stuk meer inzicht op heb.

  • Dries Denolf

    Interessante opsomming en uitleg over de termen die de ronde doen op het forum. Jammer genoeg is er – denk ik – van toestanden in de stratosfeer weinig anders te merken dan de WC.

  • Alweer een ietsie pietsie wijzer in dit vakjargon. Nu nog onthouden 🙂
    Steeds interessante artikels om lezen.

  • Michael

    Heel interessant om te lezen Nicolas! Chapeau