Kutup girdabı - Polar vortex

Arktik troposferik kutup girdabı
Kuzey Kutbu üzerindeki kompakt bir bloğun haritası
Kasım 2013'te güçlü bir troposferik kutupsal girdap konfigürasyonu
Arcitc'ten yayılan lekelerin haritası
5 Ocak 2014'te daha tipik bir zayıf troposferik kutup girdabı

Bir dairesel vorteks veya basitçe kutupsal girdap , Dünya'nın her iki kutup bölgesini de çevreleyen geniş bir soğuk, dönen hava bölgesidir . Kutup girdapları, diğer dönen, düşük eğimli gezegen cisimlerinde de mevcuttur . Polar girdap terimi iki farklı fenomeni tanımlamak için kullanılabilir; stratosfer kutup girdabı ve troposferik kutup girdabı. Stratosferik ve troposferik kutup girdaplarının her ikisi de Dünya'nın dönüşü yönünde döner, ancak bunlar farklı boyutlara, yapılara, mevsimsel döngülere ve hava üzerindeki etkilere sahip farklı fenomenlerdir.

Stratosferik kutup girdabı, yüksek hızlı, siklonik olarak dönen rüzgarların yaklaşık 15 km ila 50 km yüksekliğinde, 50° kutup yönünde ve kışın en güçlü olduğu bir alandır . Kutup gecesi başlarken Arktik veya Antarktika sıcaklıklarının hızla soğuduğu Sonbaharda oluşur . Kutup ve tropikler arasındaki artan sıcaklık farkı kuvvetli rüzgarlara neden olur ve Coriolis etkisi girdabın dönmesine neden olur. İlkbaharda kutup gecesi sona ererken stratosferik kutup girdabı bozulur. Bir ani stratosfer ısınma (GGB) stratosfer girdap kış aylarında aşağı kırılır ve önemli olabilir oluşan bir olaydır yüzey Hava etkileri .

Troposferik kutup girdabı genellikle troposferik jet akımının kutup yönündeki alanı olarak tanımlanır . Ekvator kenarı yaklaşık 40° ila 50°'dir ve yüzeyden yaklaşık 10 km ila 15 km'ye kadar uzanır. Troposferik girdap tüm yıl boyunca var olduğundan, yıllık döngüsü stratosferik girdaptan farklıdır, ancak kutup bölgelerinin en soğuk olduğu kış aylarında da en güçlü olduğu için stratosferik girdaba benzer.

Troposferik kutup girdabı ilk olarak 1853 gibi erken bir tarihte tanımlanmıştır. Stratosferik girdabın SSW'leri, 1952'de 20 km'den daha yüksek irtifalarda radyosonda gözlemleri ile keşfedilmiştir . Troposferik kutup girdabı, 2013-2014'ün soğuk Kuzey Amerika kışında haber ve hava durumu medyasında sıkça bahsedildi ve bu terim çok soğuk sıcaklıkların bir açıklaması olarak popüler hale geldi. Troposferik girdap, 2021'de Orta Amerika'daki aşırı soğuk sıcaklıkların bir sonucu olarak halkın görünürlüğünü artırdı ve bazı kaynaklar bunun etkilerini iklim değişikliğine bağladı .

Ozon incelmesi kutupsal girdaplarda meydana gelir - özellikle Güney Yarımküre üzerinde - ilkbaharda maksimum tükenmeye ulaşır.

Arktik ve Antarktika girdapları

Kuzey yarımküre

17 Aralık 2010'da Birleşik Krallık üzerinde kutup girdabı.

Kuzey Kutbu'nun troposferik girdabı güçlü olduğunda, iyi tanımlanmıştır, kutup cephesinin yakınında "iyi kısıtlanmış" bir jet akışına sahip tek bir girdap vardır ve Kuzey Kutbu havası iyi bir şekilde muhafaza edilir. Kuzey troposferik girdap zayıfladığında, ki bunu genellikle yapar, iki veya daha fazla küçük girdaba bölünür, bunların en güçlüleri Baffin Adası , Kanada ve diğeri kuzeydoğu Sibirya üzerindedir . Çok zayıf olduğunda, Kuzey Kutbu havasının akışı daha düzensiz hale gelir ve soğuk Kutup havası kütleleri ekvatora doğru itebilir ve onlarla birlikte hızlı ve keskin bir sıcaklık düşüşüne neden olabilir.

Bir derin dondurucu Ocak ayı sonunda 2019 yılında Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada çok kavradı bir "kutup girdabı" sorumlu tutuldu. Bu, kutup girdabı teriminin bilimsel olarak doğru kullanımı değildir, bunun yerine zayıflamış bir kutup girdabı nedeniyle soğuk Arktik havası salgınlarına atıfta bulunur. ABD Ulusal Hava Durumu Servisi, bu tür aşırı sıcaklıklarda dışarıda olmanın sadece 10 dakikasında soğuk ısırmasının mümkün olduğu konusunda uyardı ve etkilenen bölgelerdeki yüzlerce okul, kolej ve üniversite kapatıldı. ABD'de şiddetli donma nedeniyle yaklaşık 21 kişi öldü. Amerika Birleşik Devletleri'nin orta batı bölgesindeki eyaletlerde rüzgar üşümesi -50 °F'nin (-45 °C) hemen üzerindeydi. Kutup girdabının Avrupa'da da etkileri olduğu düşünülüyor. Örneğin, 2013–14 Birleşik Krallık kış selleri , Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'da şiddetli soğuk getiren Polar girdabından sorumlu tutuldu . Benzer şekilde, 2009/10 ve 2010/11 kışlarında Birleşik Krallık'ta yaşanan şiddetli soğuktan da Polar girdabından sorumlu tutuldu.

Güney Yarımküre

Antarktika girdap güney yarımkürede kenarı yakınında bulunan bir düşük basınç bölgesi Ross buz raf 160 batısında boylam yakın. Kutup girdabı güçlü olduğunda, orta enlem Batılıları (batıdan 30° ile 60° enlemleri arasındaki yüzey seviyesindeki rüzgarlar) gücü artar ve kalıcıdır. Kutup girdabı zayıf olduğunda, orta enlemlerin yüksek basınç bölgeleri, kutup girdabı, jet akımı ve kutup cephesini ekvatora doğru hareket ettirerek kutba doğru itebilir. Jet akımının "büküldüğü" ve güneye saptığı görülüyor. Bu, soğuk ve kuru havayı orta enlemlerin sıcak, nemli havasıyla hızla temas ettirir ve bu da " soğuk ani " olarak bilinen hızlı ve dramatik bir hava değişikliğine neden olur .

In Avustralya'da bir "kutup patlama" ya da "kutup dalma" olarak orada bilinen kutup girdabı, bir olan soğuk cephe havayı sürükler Antarktika (ile tipik iç yağmur duşları, kar getiren blizzards dağlık meydana gelen), rüzgârlı buzlu Victoria , Tazmanya , Güney Avustralya'nın güneydoğu kıyısı ve Yeni Güney Galler'in güney yarısı gibi ülkenin güneydoğu bölgelerinde rüzgarlar ve dolu (ancak yalnızca Büyük Bölünme Sıradağları'nın rüzgar tarafında , rüzgaraltı tarafı fönlü rüzgarlardan etkilenecektir ).

Kimlik

İki kutuplu girdabın tabanları orta ve üst troposferde bulunur ve stratosfere uzanır . Bunun altında büyük bir soğuk, yoğun Arktik hava kütlesi yatıyor. Kutuptaki soğuk kuru hava kütlesi ile daha güneydeki sıcak nemli hava kütlesi arasındaki arayüz, kutup cephesinin konumunu tanımlar. Kutup cephesi, kabaca 60° enlemde ortalanmıştır. Kutup girdabı, ekvator ve kutuplar arasındaki sıcaklık farkına bağlı olduğu için kışın güçlenir ve yazın zayıflar.

Kutup siklonları, kutupsal hava kütlelerinin içine gömülü düşük basınçlı bölgelerdir ve yıl boyunca var olurlar. Stratosferik kutup girdabı, subtropikal jet akımının üzerindeki enlemlerde gelişir . Yatay olarak, çoğu kutup girdabının yarıçapı 1.000 kilometreden (620 mi) daha azdır. Stratosferden orta troposfere doğru kutup girdapları var olduğundan, konumunu işaretlemek için çeşitli yükseklikler/basınç seviyeleri kullanılır. 50 hPa basınç yüzeyi, çoğunlukla stratosferik konumunu belirlemek için kullanılır. Tropopoz seviyesinde , gücünü belirlemek için potansiyel sıcaklığın kapalı konturlarının kapsamı kullanılabilir. Diğerleri, kutup girdabını tanımlamak için 500 hPa basınç seviyesine (kış aylarında deniz seviyesinden yaklaşık 5.460 metre (17.910 ft) yüksek) kadar olan seviyeleri kullanmıştır.

Süre ve güç

Stratosferik ısınma nedeniyle kutup girdabı ve hava etkileri

Kutup girdapları yaz aylarında en zayıf ve kış aylarında en güçlüsüdür. Kutup girdabı zayıf olduğunda daha yüksek enlemlere göç eden ekstratropik siklonlar , kutupsal hava kütlesi içinde daha küçük girdaplar ( soğuk çekirdekli alçaklar ) oluşturarak tek girdabı bozabilir . Bu bireysel girdaplar bir aydan fazla devam edebilir.

Tropiklerdeki volkanik patlamalar, iki yıl sonrasına kadar kış aylarında daha güçlü bir kutup girdabına yol açabilir. Polar girdabın gücü ve konumu, etrafındaki geniş bir alandaki akış modelini şekillendirir. Kuzey yarımkürede büyüklüğünü ölçmek için kullanılan bir indeks Arktik salınımıdır .

Kuzey Kutbu girdabı en güçlü olduğu zaman, tek bir girdap vardır, ancak normalde, Kuzey Kutbu girdabı, biri Kanada'daki Baffin Adası üzerinde ve diğeri kuzeydoğu Sibirya üzerinde olmak üzere iki siklon merkezi ile şekil olarak uzar . Arktik paterni en zayıf olduğu zaman, subtropik hava kütleleri, 1985 Kışı Arktik salgını sırasında olduğu gibi, Arktik hava kütlelerinin ekvatora doğru hareket etmesine neden olarak kutuplara doğru girebilir . Antarktika polar girdap daha belirgin ve daha kalıcı olur Arktik on. Kuzey Kutbu'nda, Kuzey Yarımküre'deki yüksek enlemlerdeki kara kütlelerinin dağılımı, kutup girdabının bozulmasına katkıda bulunan Rossby dalgalarına yol açarken, Güney Yarımküre'de girdap daha az rahatsız edilir. Kutup girdabının bozulması, ani bir stratosferik ısınma olarak bilinen aşırı bir olaydır , burada girdap tamamen bozulur ve birkaç gün içinde 30–50 °C (54–90 °F) ısınma meydana gelebilir.

Kutup girdabının büyümesi ve azalması, kütlenin hareketi ve kutup bölgesindeki ısı transferi tarafından yönlendirilir. Sonbaharda, dairesel kutup rüzgarlarının hızı artar ve kutup girdabı stratosfere yükselir . Sonuç, kutupsal havanın tutarlı bir dönen hava kütlesi oluşturmasıdır: kutupsal girdap. Kış yaklaştıkça girdap çekirdeği soğur, rüzgarlar azalır ve girdap enerjisi azalır. Kış sonu ve bahar başı yaklaştığında girdap en zayıf noktasındadır. Sonuç olarak, kışın sonlarında, girdap havasının büyük parçaları, bu enlemlerden izinsiz giren daha güçlü hava sistemleri tarafından daha düşük enlemlere yönlendirilebilir. Stratosferin en alt seviyesinde, güçlü potansiyel girdap gradyanları kalır ve bu havanın çoğu, ortadaki girdabın dağılmasından çok sonra, Güney Yarımküre'de Aralık ayına ve Kuzey Yarımküre'de Nisan ayına kadar kutupsal hava kütlesi içinde sınırlı kalır. -stratosfer.

Kuzey kutup girdabının kırılması Mart ortasından Mayıs ortasına kadar gerçekleşir. Bu olay kıştan ilkbahara geçişi ifade eder ve hidrolojik döngü , bitki örtüsünün büyüme mevsimleri ve genel ekosistem üretkenliği üzerinde etkileri vardır . Geçişin zamanlaması ayrıca deniz buzu, ozon, hava sıcaklığı ve bulutluluktaki değişiklikleri de etkiler. Stratosferik akış yapısındaki değişiklikler ve gezegen dalgalarının troposferden yukarı doğru yayılması nedeniyle erken ve geç kutup parçalanma olayları meydana geldi. Girdapta artan dalgaların bir sonucu olarak, girdap normalden daha hızlı bir ısınma yaşar, bu da daha erken bir kırılma ve bahar ile sonuçlanır. Ayrılma erken geldiğinde, girdabın kalıcı kalıntıları ile karakterizedir. Ayrılık geç olduğunda, kalıntılar hızla dağılır. Ayrılık erken olduğunda, Şubat sonundan Mart ortasına kadar bir ısınma dönemi vardır. Ayrılık geciktiğinde, biri Ocak, diğeri Mart ayı olmak üzere iki ısınma dönemi vardır. Bölgesel ortalama sıcaklık, rüzgar ve jeopotansiyel yükseklik, erken kırılmalardan önce ve sonra normal değerlerinden değişken sapmalar gösterirken, sapmalar geç kırılmalardan önce ve sonra sabit kalır. Bilim adamları, gezegensel dalga aktivitelerinde azalma, birkaç stratosferik ani ısınma olayı ve ozonun tükenmesi ile Arktik girdabının parçalanmasındaki bir gecikmeyi ilişkilendiriyorlar.

Quebec , Maine ve New Brunswick üzerindeki alçak basınç alanı , 21 Ocak 1985'in rekor kıran soğuk sabahında kuzey kutup girdabının zayıflamasının bir parçası

Ani stratosferik ısınma olayları, daha zayıf kutup girdaplarıyla ilişkilidir. Stratosferik havanın bu ısınması, Arctic Polar Vortex'teki dolaşımı saat yönünün tersine çevirebilir. Bu değişiklikler, aşağıdaki troposferdeki değişiklikleri zorlar. Troposfer üzerindeki bir etkinin bir örneği, Atlantik Okyanusu dolaşım modelinin hızındaki değişikliktir. Grönland'ın hemen güneyindeki yumuşak nokta , "Kuzey Atlantik'in Aşil Topuğu" lakaplı ilk iniş adımının gerçekleştiği yerdir . Kutup girdabından hareket eden küçük miktarlardaki ısıtma veya soğutma , Atlantik'in Körfez Akıntısı Akıntısını ve diğer okyanus akıntılarının hızını değiştirerek aşağı doğru inmeyi tetikleyebilir veya geciktirebilir . Diğer tüm okyanuslar Atlantik Okyanusu'nun ısı enerjisi hareketine bağlı olduğundan, gezegendeki iklimler çarpıcı biçimde etkilenebilir. Kutup girdabının zayıflaması veya güçlenmesi, dalgaların altında bir milden fazla deniz sirkülasyonunu değiştirebilir. Kutupları soğutan troposferdeki güçlendirici fırtına sistemleri, kutup girdabını yoğunlaştırır. La Niña ile ilgili iklim anomalileri, kutup girdabını önemli ölçüde güçlendirir. Polar girdabın yoğunlaşması, kuru, stratosferik havanın aşağı doğru girişleri girdap çekirdeğine girerken bağıl nemde değişiklikler üretir. Girdabın güçlenmesiyle, girdaba yakın su buharı konsantrasyonundaki azalma nedeniyle uzun dalgalı bir soğutma gelir. Azalan su içeriği, kuru stratosferik havayı nemli troposferik havanın üzerine yerleştiren girdap içindeki düşük tropopozun bir sonucudur . Vorteks tüpü, konsantre hattı zaman instabilite neden olduğu girdap , yer değiştirir. Bu meydana geldiğinde, girdap halkaları daha kararsız hale gelir ve gezegen dalgaları tarafından kaymaya eğilimli hale gelir. Her iki yarım küredeki gezegensel dalga aktivitesi yıldan yıla değişir ve kutupsal girdabın gücü ve sıcaklığında karşılık gelen bir yanıt üretir. Girdabın çevresindeki dalgaların sayısı çekirdek boyutuyla ilgilidir; girdap çekirdeği azaldıkça dalga sayısı artar.

Kutup ve orta enlem havasının karışma derecesi, kutup gece jetinin evrimine ve konumuna bağlıdır . Genel olarak, karıştırma, girdabın içinde dışarıya göre daha azdır. Karıştırma, kışın orta ve üst stratosferin karakteristiği olan kararsız gezegen dalgalarıyla gerçekleşir. Girdap bozulmasından önce, 420 km'nin (261 mil) üzerindeki güçlü bariyerler nedeniyle Arctic Polar Vortex'ten çok az hava taşınır. Bunun altında bulunan kutup gece jeti, kış başlarında zayıftır. Sonuç olarak, daha sonra orta enlemlerde hava ile karışan herhangi bir alçalan kutup havasını saptırmaz. Kış sonlarında hava parselleri çok fazla inmez, bu da karışmayı azaltır. Girdap parçalandıktan sonra, eski girdap havası bir ay içinde orta enlemlere dağılır.

Bazen, son ısınma periyodu sona ermeden önce bir kutup girdabı kütlesi kırılır. Yeterince büyükse, parça Kanada'ya ve Ortabatı, Orta, Güney ve Kuzeydoğu Amerika Birleşik Devletleri'ne taşınabilir. Polar girdabın bu sapması, polar jet akımının yer değiştirmesinden dolayı meydana gelebilir; örneğin, 2013-2014 ve 2014-2015 kışları boyunca Amerika Birleşik Devletleri'nin batı kesimindeki kutupsal jet akımının belirgin kuzeybatı yönü. Bu, batıda sıcak, kuru koşullara ve kuzey-orta ve kuzeydoğuda soğuk, karlı koşullara neden oldu. Ara sıra, Grönland Bloğu adı verilen yüksek basınçlı hava kütlesi, kutup girdabının Kuzey Atlantik üzerindeki normal yolunu izlemek yerine güneye sapmasına neden olabilir.

İklim değişikliği

Kıvrımlarını kuzey yarımkürede sitesindeki jet akımı geliştirilmesi (a, b) ve son olarak, soğuk hava (c) 'nin bir 'damla' ayrılması; turuncu: daha sıcak hava kütleleri; pembe: jet akışı
Güney Yarımküre Ozon Konsantrasyonu, 22 Şubat 2012

2001 yılında yapılan bir araştırma, stratosferik dolaşımın hava rejimleri üzerinde anormal etkileri olabileceğini buldu. Aynı yıl, araştırmacılar zayıf kutup girdabı ile Kuzey Yarımküre'deki şiddetli soğuk salgınları arasında istatistiksel bir ilişki buldular. Daha sonraki yıllarda bilim adamları , kutup girdabı ve jet akımı konfigürasyonuyla bağlantılı Arktik deniz buzu düşüşü , azalan kar örtüsü, evapotranspirasyon modelleri, NAO anomalileri veya hava anomalileri ile etkileşimleri belirlediler . Ancak, belirli gözlemler kısa vadeli gözlemler olarak kabul edildiğinden (yaklaşık 13 yıl öncesinden başlayarak), sonuçlarda önemli bir belirsizlik vardır. Klimatoloji gözlemleri, doğal değişkenliği iklim trendlerinden kesin olarak ayırt etmek için birkaç on yıl gerektirir.

Genel varsayım, azalan kar örtüsünün ve deniz buzunun daha az güneş ışığını yansıttığı ve bu nedenle buharlaşma ve terlemenin arttığı ve bunun da kutup girdabının basınç ve sıcaklık gradyanını değiştirerek zayıflamasına veya çökmesine neden olduğudur. Bu, jet akımının genliği kuzey yarımkürede arttığında ( dolambaçlı ), Rossby dalgalarının daha güneye veya kuzeye yayılmasına neden olduğunda belirginleşir , bu da daha sıcak havayı kuzey kutbuna ve kutupsal havayı daha düşük enlemlere taşır. Daha zayıf bir kutup girdabı ile jet akımı genliği artar, bu nedenle hava sistemlerinin bloke olma şansını arttırır. 2012'de Grönland üzerindeki yüksek basınç Sandy Kasırgasını kuzey Orta Atlantik eyaletlerine yönelttiğinde bir engelleme olayı ortaya çıktı .

Ozon tabakasının incelmesi

Antarktika kutup girdabı kimyası şiddetli ozon incelmesi yarattı . Nitrik asit , polar stratosferik bulutlu ile reaksiyona girdiği kloroflorokarbonlar oluşturmak üzere klor , katalize fotokimyasal imha ozon . Klor konsantrasyonları kutup kışı boyunca birikir ve bunun sonucunda ozon tahribatı en fazla güneş ışığı ilkbaharda geri döndüğünde olur. Bu bulutlar yalnızca yaklaşık -80 °C'nin (−112 °F) altındaki sıcaklıklarda oluşabilir.

Kuzey Kutbu ile orta enlemler arasında daha fazla hava değişimi olduğundan, kuzey kutbundaki ozon tabakasının incelmesi güneydekinden çok daha az şiddetlidir. Buna göre, Kuzey Kutbu üzerindeki ozon seviyelerinin mevsimsel azalması genellikle bir "ozon göçüğü" olarak nitelendirilirken, Antarktika üzerindeki daha şiddetli ozon incelmesi bir "ozon deliği" olarak kabul edilir. Bununla birlikte, 2011 Arktik kutup girdabındaki kimyasal ozon yıkımı, ilk kez, bir Arktik " ozon deliği " olarak açıkça tanımlanabilen bir seviyeye ulaştı .

Dünya dışında

Mars'taki devasa kutup bulutunun Hubble görünümü

Venüs (çift girdap - yani bir kutupta iki kutup girdabı), Mars , Jüpiter , Satürn ve Satürn'ün ayı Titan dahil olmak üzere diğer astronomik cisimlerin de kutup girdaplarına sahip olduğu bilinmektedir .

Satürn'ün güney kutbu, güneş sistemindeki bilinen tek sıcak kutup girdabıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar