Update uit de stratosfeer

De laatste weken hebben we een interessante periode meegemaakt op 10 hPa (ca. 30 km. boven het aardoppervlak). Maar we hebben echter geen nieuwe SSW (Sudden Stratospheric Warming) gekregen na de eerste pogingen van november en december 2019. Deze liepen uiteindelijk uit op een sisser. Nee, eind december 2019 en begin 2020 hebben ons andere fenomenen opgeleverd. Zeker niet minder interessant voor de liefhebbers van de stratosfeer en de winterliefhebber. In dit artikel bespreken we de huidige toestand, met hierin ook een bijdrage van Harry Spoelstra over wat ons mogelijk te wachten staat de komende weken.

Deelnemen aan discussie? Ben je geïnteresseerd om deel te nemen als weeramateur of liefhebber van winterweer aan het weerforum? Onderaan dit artikel krijg je bliksemsnel & gratis toegang tot alle reacties. Je kan ook je eigen weerfoto’s opladen.

Wat is de stratosferische Polar Vortex?

De SPV (stratosferische Polar Vortex) is een windwervel die elk jaar ontstaat op grote hoogte (ca. 30 km) door sterke afkoeling van het Noordelijk Halfrond tijdens de herfst- en winterperiode. Dit vergroot het temperatuurcontrast met de meer zuidelijke breedtegraden, wat op zich dan weer een sterk oost-west georiënteerd windveld opwekt. Met als gevolg een daling van de temperatuur en tegelijkertijd de toename van de zonale windcomponent. Anders gezegd: de sterkte van de oost-westcirculatie op 10 hPa of ca. 30 km hoogte. Hoe kouder de temperatuur daar, of hoe groter de zonale windcomponent, hoe sterker de Polar Vortex.

Het fenomeen van de stratosferische Polar Vortex (SPV) speelt zich af dus op een hoogte van ca. 30 km (ca. 10 hPa). Dit in tegenstelling tot onze typische weerfenomenen, die zich afspelen in de troposfeer (o.a. troposferische Polar Vortex of TPV). De stratosferische Polar Vortex kan de troposfeer wel beïnvloeden en andersom, door verticale koppelingsmechanismen.

Indien een sterke stratosferische Polar Vortex wordt gegenereerd en deze goed gekoppeld is met de troposfeer (waarin onze weerfenomenen zich afspelen), verwacht men in onze regio eerder zacht, nat en winderig weer. Met als gevolg de constante aanvoer van lagedrukgebieden. De koude lucht blijft dan als het ware ‘gevangen’ rondom een sterk lagedrukgebied boven de noordelijke breedtegraden en de AO index is sterk positief.

Indien goed gekoppeld zorgt een sterke SPV voor een sterke TPV en dus een positieve AO index. Deze is positief met lage druk rondom de pool. Hierbij ontstaat een strakke en slechts zwak golvende straalstroom die zorgt dat de koude lucht gevangen blijft boven de pool. Het tegengestelde is waar bij een negatieve AO index (NOAA).

De toestand van de SPV kan doorgaans beïnvloed worden door een SSW (Sudden Stratospheric Warming) waneer er zachte lucht naar grote hoogte wordt gestuurd door verticale koppelingsmechanismen uit de troposfeer. Door deze opwarming vermindert de temperatuurgradiënt tussen de polen en evenaar en bijgevolg ook de zonale windsterkte.

Dit kan dan resulteren in een zwakkere SPV met een split (2 SPV kernen), elongatie (uitrekking) of verplaatsing (weg van de pool). Dit kan er eventueel voor zorgen dat de koude lucht niet langer gevangen blijft rond de Noordpool, maar zuidwaarts kan uitzakken. Wanneer het mechanisme dan ook nog eens op de juiste plaats valt en goed gekoppeld is met de lagere delen van de atmosfeer, kan deze evolutie zich ook naar de troposfeer propageren. Met als gevolg: kouder en winters weer bij ons.

De verschillende vormen van de SPV. Linksboven: een gezonde en sterke SPV (cirkelvormig, rond de pool). Rechtsboven: een verplaatste SPV (cirkelvormig, niet meer boven de pool, wave-1). Linksonder: een elongatie van de SPV (uitgestrekt, rond de pool, wave-1) en rechtsonder: een SPV split (meerdere kernen, wave-2). Al deze mechanismen zouden ervoor kunnen zorgen dat we bij ons kouder weer kunnen krijgen, afhankelijk van de positie van de kern(en) en de mate van verticale koppeling. (NCEP/GFS (NOAA).

Wat hebben we hiervoor nodig? Hierbij kunnen de Rossby of planetaire atmosferische golven vanuit de troposfeer helpen om te gaan interfereren met de stratosfeer. Dit wordt bestudeerd aan de hand van ‘Wave 1 of 2’ activiteit, die we dan nog onderverdelen in ‘Height waves’ and ‘Temperature waves’.

Deze golven bestuderen we normaal op 60°N en op 10 hPa hoogte. Het zijn dus eigenlijk opwellende (van beneden naar boven) troposferische golven. Onder andere naar omhoog gestuwd door bergketens (zoals de Rocky Mountains) en door stevige hogedrukgebieden (zoals het Siberische hoog). Ook mechanismen zoals de MJO en GWO/AAM (zie onder) kunnen de generatie in de hand werken. Deze golven verplaatsen zich vanuit de troposfeer naar de stratosfeer en proberen de SPV te verzwakken.

Onder andere grote bergketens kunnen ervoor zorgen dat atmosferische golven omhoog worden gestuwd. Hogerop in de atmosfeer nemen ze dan toe in amplitude en kunnen ze de Polar Vortex verstoren (Teixeira et al., 2014).

Typisch zien we dan bij ‘wave-1’ dat er 1 hoge drukzone of 1 opwarmingsgebied de SPV (met 1 lagedrukgebied en koud gebied) probeert aan te vallen. Hieruit volgt evenwel geen split. Deze wave-1’s kunnen enkel aanleiding kunnen geven tot een verplaatsing. Soms een elongatie, maar dus geen ‘major SSW’, maximaal een ‘minor SSW’. De SPV herstelt zich dan meestal snel.

Wave-2’s aan de andere kant (2 golven tegelijk of elkaar snel opvolgend), werken als een hamer dat op een aambeeld slaat, met de SPV ertussen. De SPV wordt als het ware ‘stuk geslagen’ (= split). Bij een ‘Height wave-2’s’ zijn dat dus 2 drukgebieden (2 hogedrukzones en 2 lagedrukzones) op 60°N en op 10 hPa hoogte. Bij Temp wave-2’s zien we dan 2 warmings en twee koude zones op dezelfde hoogte die dan gaan samenwerken om de SPV aan te vallen.

Voorbeeld van een aanval op de SPV door ‘Wave-1 activiteit’ (boven) en ‘wave-2 activiteit’ (onder). (FU Berlin).

Huidige toestand

De stratosferische Polar Vortex (SPV) is, na een eerste (november) en een tweede (december), nu op weg om mogelijk een 3de  ‘strong Vortex’ moment mee te maken (zie groene pijlen op de figuur). Deze figuur geeft de gemiddelde zonale (oost-west component) windsterkte weer op 60 graden NB en 30 km boven het aardoppervlak. Hier zien we dat deze boven de langjarige gemiddelden uitgroeien en zelfs mogelijk een all-time record kunnen bereiken.

De stratosferische Polar Vortex is momenteel zeer sterk, wat we kunnen afleiden uit de zonaal (oost-west component) gemiddelde windsterkte op 60 graden noorderbreedte. Deze winter zijn er reeds 2 zulke ‘strong Vortex’ momenten geweest, een 3e wordt nu voorspeld (groene pijlen).

De stratosferische Polar Vortex is in de periode (die gevolgd wordt 1978/2019) ook nog nooit zo koud geworden ter hoogte van haar kern (50-90°N, 10hPa). De temperaturen zijn zover gezakt dat de grens voor type II PSC (Polar Stratospheric Clouds) ruim zijn overschreden.

PSC’s zijn wolken die enkel kunnen ontstaan bij zeer koude temperaturen op deze hoogte. Dit geeft dus unieke en zeldzame omstandigheden om deze PSC wolken te zien. Wellicht zullen ze niet in België te zien zijn. De reden hiervoor is dat we toch iets te zuidelijk liggen. We moeten ook nog een heldere nacht krijgen en dat lijkt de komende dagen niet te lukken.

De temperatuur ter hoogte van de SPV was recordlaag en overschreed de treshold voor Type II parelmoerwolken (PSC’s).

Het is dan ook niet te verbazen dat de SPV nu zeer stevig in haar zadel zit. Dit wordt bevestigd door de voorspelde windkaarten op 10 hPa. Natuurlijk rijst nu de vraag waar deze lage temperaturen vandaan komen!

Misschien heeft dit iets te maken met het huidige zonneminimum, maar over deze processen is nog veel onzekerheid. Misschien zullen we daar later wel meer over horen. Wat natuurlijk wel evident is, is dat deze diep negatieve temperaturen een stevige en sterke SPV enkel in de hand kunnen werken.

De huidige toestand van de SPV volgens GFS. Er is duidelijk een sterke stratosferische Polar Vortex, met een mooie cirkelvormige vorm en positie boven de Noordpool. Het oost-west georiënteerde windveld is zeer sterk.

Wat staat ons te wachten?

We zitten dus momenteel met een record koude SPV (stratosferische Polar Vortex) die terug op weg is om te gaan intensiveren naar opnieuw een wellicht ‘Strong Polar Vortex’ event.

Momenteel zitten we met een stevige +AO nog vast in een eerder milde en westelijke troposferische stroming. Deze wordt in stand gehouden door een duidelijke en stevige koppeling tussen stratosfeer (met stevige SPV) en troposfeer, waardoor de straalstroom ook W-Europa stevig in haar greep heeft.

Deze figuur geeft boven de verticale distributie van GHP anomalieën aan (de afwijking van de luchtdruk tegenover normaal in de gehele verticale atmosferische kolom). We zien dat in januari heel de bovenste kolom blauw ziet, wat wil zeggen dat de zowel in de stratosfeer als troposfeer lage druk aanwezig was. De sterke SPV was dus goed gekoppeld met de onderste luchtlagen, wat bij ons resulteerde in een positieve AO index (onderste box) en dus te zacht weer (NOAA).
De goede koppeling tussen stratosfeer en troposfeer wordt hier nog eens bevestigd: hoe blauwer, hoe groter de koppeling.

Voor de liefhebbers van een SSW (Sudden stratospheric warming) geen goed nieuws, of is er toch wat licht aan het einde van de tunnel?

MJO index laat mogelijk positieve evolutie zien

Misschien komt daar verandering in. Hiervoor wordt uitgekeken naar o.a. de MJO, die een verandering lijkt te willen aangeven voor ons. Dit onder de vorm van de migratie naar een mogelijke fase 7, met een nodige amplitude. Hierin lijken GFS en ECMWF wel nog wat van mening te verschillen. Eén zaak is wel duidelijk: we hebben aan de ene kant dit en aan de andere kant de troposfeer nodig om deze sterke SPV aan te vallen.

Dit fenomeen vindt plaats rond de tropen en wordt gekenmerkt door een oostelijke verplaatsing van regenval over de Indische Oceaan en de westelijke Stille Oceaan. Hoewel het op het eerste gezicht misschien niet zo belangrijk lijkt voor Europa, zijn er veel onderzoeken die suggereren dat het, via complexe processen, aanzienlijke effecten heeft op weerpatronen over de hele wereld, inclusief Europa. Een mooie illustratie van de verplaatsing van deze convectiegebieden in de verschillende MJO fasen is te vinden op: https://usefulweatherlinks.wordpress.com/about/.

De MJO neigt naar fase 7 (een groot aantal gele lijntjes neigt naar vak 7 linksboven, maar er zijn nog grote onderlinge verschillen tussen de modellen. Hoe verder weg van de middelste cirkel, hoe groter de ‘amplitude’ en dus hoe sterker het effect (NOAA).
Een Phase 7 MJO wordt bij ons doorgaans in verband gebracht met te koude temperaturen.

GWO/AAM index

Ook de troposfeer kan ons nog verrassen met o.a. een positieve GWO (global wind osscilation)/AAM verandering en dat lijkt te gaan komen (Mountain torque/Rocky Mountains torque). We gaan van 2/3 naar 6/7, maar amplitude is nog beperkt.

De GWO/AAM neigt naar fase 6/7 (een groot aantal lijntjes neigt naar vakken 6 en 7). Hoe verder weg van de middelste cirkel, hoe groter de ‘amplitude’ en dus hoe sterker het effect, wat hier duidelijk nog niet echt het geval is (GEFS).

Helaas en ondanks MJO/AAM ontwikkelingen, lijken de kaarten momenteel weinig ondersteuning te willen geven voor een significante SPV aanval. We zullen ook een heel stevige aanval nodig hebben om deze sterke SPV op dit moment te kunnen afbreken, maar het is al eerder gebeurd (2008/2009)!

In 2008/09 lukte het al eens om een sterke SPV te doen verzwakken. De zonaal gemiddelde wind werd zelfs negatief, wat wil zeggen dat de wind van oost naar west waaide in plaats van west naar oost. Dit is een duidelijke indicatie van een verzwakte SPV door een SSW event.

Wave-1 en wave-2 activiteit

Zien we de eventuele positieve werking van deze indices reeds terug in de wave-activiteit? Op dit moment wordt enkel een mogelijke, en nog zwakke, ‘wave-2 Heights’ voorspeld, dus zeker nog geen wave-3/4. Hopelijk verandert dit nog.

Op de recente GFS12 zien we echter mogelijk iets interessant verschijnen, al is het wel nog op 348u en beperkt. Maar toch misschien een begin van iets moois, een voorzichtig begin van een mogelijke wave-3/4! We zijn nog erg voorzichtig en we leven op hoop. Fingers crossed!

Momenteel is er enkel nog maar een iets verhoogde ‘wave-2 heights’ activiteit te zien op termijn. Het is afwachten of de positieve evolutie zich verder doorzet of niet.
De iets verhoogde ‘wave-2’ activiteit werd toen ook aangegeven op termijn (wetterzentrale).

Conclusie

De stratosferische Polar Vortex en diens invloed op ons weer is een complex mechanisme dat maar moeilijk te voorspellen valt. Momenteel wijzen er een aantal zaken in de goede richting. Maar alle stukjes van deze moeilijke puzzel moeten nog in elkaar vallen, willen we er ook aan de grond van kunnen profiteren. We houden het verder in de gaten!


Lees ook eens: