Полярный вихрь является ключевым явлением, которое формирует погоду северного полушария Земли.
Прошлая зима, как и ряд предыдущих, оказалась богатой на погодные "аномалии". Северная Америка пережила самый холодный декабрь за весь период метеорологических наблюдений, а весь мир облетели невероятные кадры замёрзшего Ниагарского водопада. Между тем в Западной Европе лили дожди и выходили из берегов реки. А уже в конце января Восточную Европу сковали трескучие морозы, и в начале февраля сменились дождями.
Многие люди задают вопрос: "Почему?".
Попробуем выяснить ответ на него, пользуясь данными науки. Почти апокалиптическая зима в Северной Америке напомнила мне сюжет фантастического фильма Роланда Эммериха "Послезавтра" об изменении глобального потепления на такое же глобальное похолодание и начало нового ледникового периода. Как и в фильме, наяву, стремительная волна ледяного арктического воздуха накрыла весь континент, до невиданных до сих пор морозов и снегопадов. Однако, причины таких погодных катаклизмов являются не теми, что постулированные в фильме.
Резкие зимние похолодания метеорологи описывают вторжениями холодного арктического воздуха, а потепление - тёплого субтропического. Однако, констатация фактов не объясняет механизмов, почему происходят эти вторжения. Зимняя погодная кухня Северного полушария является очень сложной и обусловлена контрастом температур поверхности материков и океана.
В первом приближении, её можно описать как волны, которые, по своей сути, являются огромными меандрами полярного фронта. Это граница между холодными арктическими и тёплыми субтропическими воздушными массами.
В месте столкновения последних, в верхних слоях тропосферы, формируются сверхмощные ветры, и соединяются в так называемый полярный вихрь — поток воздуха со скоростью 100-400 километров в час, длиной 1000-4000 километров и шириной в несколько километров. Полярный вихрь является пределом волн, которые своими гребнями проникают далеко на юг, неся резкие похолодания и снегопады. Однако, волны — это лишь следствие более глубинных атмосферных процессов, во втором приближении, описываются полярным вихрем.
Собственно, полярный вихрь является ничем иным, как долговременным циклоном, шириной около 1000 километров, охватывающий средний и верхний слои тропосферы и большую часть стратосферы. Для него типичны зоны низкого давления в центре и высокого по периферии. Последняя и образует, упомянутый выше, полярный фронт. Арктический полярный вихрь имеет продолговатую форму и два центра низкого давления — над островом Бафина в Канаде и над северо-восточной Сибирью в России.
Сибирский центр — крупнее и мощнее, поэтому его считают основным.
Зимой, в течение полярной ночи, Арктика не получает солнечного тепла, поэтому контраст атмосферных давлений между центром и периферией полярного вихря растёт. Это ведёт к усилению центростремительных ветров, рост амплитуды волн, продвижение на юг полярного фронта и к еще большему снижению температуры в центре вихря, которая только его усиливает. Таким образом, к нам в Европу приходит зима.
Летом все происходит совершенно наоборот — полярный вихрь ослабляется, но не исчезает, и тогда сухое и горячий субтропический воздух приносит нам "африканскую" жару. Это, так сказать, "классический" механизм работы полярного вихря.
Однако, почему наблюдаются зимние "аномалии", вроде, сибирских морозов в январе и весны в феврале? Ответ на этот вопрос даёт третье приближение к погодной кухни и работе полярного вихря — это стратосферное потепление.
Полярный вихрь, в общем, является стабильной структурой, которая обеспечивает "классические" погодные условия в Северном полушарии. Однако, примерно один раз в два года происходит его зимнее разрушение, что вызывает погодные "аномалии" - резкие потепления и похолодания.
Причина этого — внезапное стратосферное потепление.
Дело в том, что волны распространяются не только горизонтально, но и вертикально. Обычно, они не достигают стратосферы, однако, при проникновении на север субтропических антициклонов, вертикальная амплитуда волн очень резко возрастает, достигая стратосферы. При этом, замедляется скорость и меняется направление верхне-атмосферных ветров, а энергию воздуха с нижней тропосферы передаётся в стратосферу.
Температура стратосферного воздуха очень быстро растёт на 30-50С в течение нескольких дней, что вызывает повышение давления в центре полярного вихря и приводит к его разрыву на куски. Каждая из частей разрушенного вихря, центробежно, с большой скоростью движется на юг, вызывая экстремальные похолодания до -30 С и даже -45 С.
