Plotselinge stratosferische opwarming – een mooi nieuwjaarscadeau?

Het jaar 2021 is begonnen met een ‘knaller’ in de stratosfeer. De temperatuur schoot daar met ongeveer 40 graden omhoog in een paar dagen tijd: een heuse ‘major’ plotselinge stratosferische opwarming (SSW)! In deze blog gaan we zien hoe deze SSW tot stand kwam. Daarnaast kijken we vooruit naar aanwijzingen voor het weer in de komende weken.

Het is eind december 2020. De laatste periode van een jaar dat de boeken in zal gaan als het warmste jaar ooit in Nederland. Maar het is ook de periode waarin steeds duidelijker wordt dat er wat interessants staat te gebeuren in onze bovenkamer in het nieuwe jaar! Het wordt namelijk flink zweten in de bovenkamer, vooral voor de poolwervel…

De dagen erna wordt steeds duidelijker hoe stevig de tik voor de poolwervel wordt. Sterker nog: het blijkt dat het zal gaan om een enorme klap. 5 januari is het dan zover: de poolwervel krijgt zo’n grote optater te verwerken dat we kunnen spreken van een ‘major’ plotselinge stratosferische opwarming (Sudden Stratospheric Warming; SSW)!

De blog is opgedeeld in twee hoofdstukken.

• In het eerste hoofdstuk doorlopen we door het ‘dagboek’ van de poolwervel en de SSW.
• In het tweede deel kijken we naar mogelijke gevolgen van de SSW voor het weer aan de grond.

Wat is een SSW precies?

Ben je nog niet bekend met het fenomeen ‘plotselinge stratosferische opwarming’? Of wil je er graag meer over willen weten? Dan zijn hier een paar leestips!

• Een beknopte uitleg: hier
• Beeldende beschrijving (met uitleg) van een SSW van 2018 uit een eerdere blog: hier
• Uitleg over een SSW met wat meer natuurkundige/technische achtergrond: hier

Kortgezegd is er in de maand tot anderhalve maand na een SSW een grotere kans op koude-uitbraken aan de grond. Waar en wanneer deze plaatsvinden is ver van te voren niet te zeggen. Wanneer een SSW heeft plaatsgevonden, is dit wel in beperkte mate.

Hoofdstuk 1: De SSW in beeld – het dagboek van de poolwervel

In dit stukje nemen we een kijkje in het ‘dagboek’ van de poolwervel, en natuurlijk ook haar afbraak. Daarvoor kijken we naar hoe de poolwervel zich ontwikkelde op ongeveer 30 km hoogte. Dit is de hoogte waar we het meest naar kijken als het over SSW’s gaat.

22 december

‘Beste dagboek. Het is 22 december. Ik voel me kiplekker!. Er is niemand of niets die mijn gezondheid in de weg staat. Misschien kan ik wel net zo sterk worden als mijn broertje in 2019-2020’

Hieronder zien we de poolwervel op 22 december 2020. De ‘L’ geeft het centrum van de poolwervel aan. Witte lijnen geven de ‘luchtdruk’ aan op ongeveer 30 km hoogte. Kleuren geven aan hoe warm of koud het is op deze hoogte (in Kelvin; haal er 273 graden bij af om de temperatuur in Celsius te krijgen).

Wat we zien is dat de poolwervel inderdaad nog mooi ‘rond’ is. Daarnaast ligt ze met haar kern perfect boven de Noordpool. Oftewel: de poolwervel is ‘kerngezond’.

30 december

‘Beste dagboek. Eindelijk, het is bijna 2021! Dan zou ik me normaal ongeveer op mijn sterkst moeten voelen. Maar toch… Ik krijg het een beetje heet onder de voeten! Vooral bij Rusland, dit voelt niet goed…’

Kijken we naar de situatie op 30 december, dan zien we nog steeds een sterke poolwervel. Maar boven Azië zien we dat de temperatuur flink is opgelopen! Waar het in de kern van de poolwervel ongeveer -80 graden Celsius is,  is het nabij Rusland ongeveer -10 graden. Een verschil van 70 graden (!) dus. Dit is de opwarming die uiteindelijk de grote klap voor de poolwervel inluidt.

5 januari – dag van de SSW

‘Beste dagboek. Dit… deed… pijn! En koorts! Het nieuwe jaar is helemaal niet goed begonnen… Sterker nog, het is hier ineens 40 graden warmer geworden! Net een sauna… Niet leuk dit ☹’

5 januari is de dag van de officiële SSW! Op deze dag is de poolwervel zo ver van haar plek gedrukt, dat er sprake is van een ‘major’ SSW. De temperatuur bij de Noordpool is dan gestegen naar ongeveer -30 graden. Vergelijk dat maar eens met 22 december: toen was het bij de Noordpool ongeveer -80 graden! Beeld je dat maar eens in: de ene dag sta je te bibberen bij -10  graden, en de volgende dag loopt het zweet langs je af bij +40 graden.

Voor een officiële ‘major’ SSW moet de zonaalgemiddelde zonale wind op 60 graden noord omdraaien van west naar oost. De zonaal gemiddelde zonale wind is te begrijpen als volgt: allereerst teken je een cirkel op 60 graden noord rond de Noordpool. Dan kijk je op alle punten op de cirkel of de wind gemiddeld uit een westelijke of oostelijke richting komt. Is het totale gemiddelde westelijk, dan is er sprake van gemiddeld een lagedrukgebied, oftewel: een ontwikkelde poolwervel. Wanneer er juist sprake is van oostenwind, dan is er gemiddeld een hogedrukgebied, oftewel geen teken van een poolwervel in de buurt van de Noordpool.

7 januari – poolwervel leeft nog

‘Beste dagboek. Oef, dat was een behoorlijke tik zeg! Maar gelukkig leef ik nog… Ze krijgen me niet zomaar helemaal klein! Maar ik moet niet nog een tik krijgen…’

Een aantal dagen na de officiële datum van de SSW blijkt toch dat de poolwervel niet helemaal ‘vernietigd’ is. Sterker nog, op 7 januari is nog steeds een levende. Weliswaar flink verzwakt en niet meer boven de Noordpool – maar we zien nog steeds een duidelijk centrum boven Europa liggen.

In technische termen heet dit een ‘displacement-SSW’; bij een ‘split’ splitst de kern van de poolwervel in twee kleine poolwervels.

Hoofdstuk 2 – de impact aan de grond

In het volgende hoofdstuk gaan we kijken naar of de SSW ook invloed gaat hebben op het weer aan de grond (met als focus Nederland). Allereerst kijken we hiervoor naar de diepte van de SSW als graadmeter. Daarna gaan we kijken naar de situatie in Scandinavië – waar vaak koude-uitbraken voor Nederland vandaan komen. Tot slot komen de weermodellen kort aan bod.

Diepte SSW

Een van de belangrijke factoren om te bepalen of een SSW invloed heeft op het weer aan de grond, is de ‘diepte’ van een SSW . Anders gesteld: hoe verder omlaag de SSW invloed heeft gehad, hoe groter de kans op koude-uitbraken. Heeft de poolwervel bijvoorbeeld ook op 20 km hoogte een flinke klap gekregen, dan is de kans groter dat de SSW een grote impact heeft voor het weer aan de grond.

In dit geval reikt de SSW niet heel overtuigend naar lagere hoogtes. Zo zien we bijvoorbeeld op 20 km hoogte hieronder dat er nog een vrij goed georganiseerde poolwervel actief is op 7 januari.

We kunnen dit verder bekijken door naar de wind op lagere hoogtes te kijken. Keert deze namelijk ook om van west naar oost, dan is de poolwervel op deze hoogtes ook ‘verslagen’. Dat betekent dat de SSW tot de lagere stratosfeer reikt, en er dus ook een grotere kans is op grote impact aan de grond.

Hieronder kijken we naar de wind op ongeveer 20 km hoogte (50 hPa). Daar is te zien dat de wind tot nu toe niet onder nul is gekomen. Oftewel: de SSW reikt tot nog toe niet heel ver naar beneden in de stratosfeer.

Maar wat de oplettende kijker zal hebben gezien: rond 14 januari vindt een tweede ‘dip’ plaats. Dit kan van groot belang zijn voor de SSW zelf. Deze dip gaat namelijk samen met een tweede opwarming. Is deze opwarming krachtig, dan kan de poolwervel zowaar een echte genadeklap krijgen. Dit zijn waarschijnlijk de berekeningen waarbij de tweede ‘dip’ ruim onder nul komt.

Mocht dat gebeuren, dan is het waarschijnlijker dat de SSW verder naar de lagere stratosfeer te merken is. En daarmee ook dat de SSW verstrekkendere gevolgen heeft voor het weer aan de grond. Maar is dit niet zo, dan blijven de gevolgen van de SSW mogelijk beperkt. Hoe dit gaat verlopen is nu nog niet te zeggen.

Eindelijk winterkou op voorraad aan de grond?

Een tweede belangrijke vereiste voor koude-uitbraken is dat er koude voorhanden is in de gebieden waar de kou vandaan moet komen. De afgelopen tijd zagen we dat bijna geheel Europa veel warmer was dan normaal. Sterker nog: tot ver in Scandinavië was er geen vorst te bekennen. Dit terwijl het daar normaal eind december vriest.

Waarom is dat zo belangrijk? Als we in Nederland koude willen krijgen, dan zijn we vaak afhankelijk van koude uit het (noord) oosten (bijvoorbeeld Scandinavië en Rusland). De laatste tijd was deze koude niet of nauwelijks voorhanden, wat betekent dat zelfs met een stroming uit het oosten, er geen kou op ons af komt. Dit is ook een onderdeel van de verklaring waarom we begin januari zelfs met een wind uit het noordoosten geen kou kregen (Het grootste deel van de verklaring is dat de lucht met een boog uit de Middellandse Zee werd aangevoerd – lucht uit die regio is sowieso niet voordelig voor ‘echte’ winterkou).

Willen we dus een echte koude-uitbraak naar West-Europa krijgen, dan moet het wel willen winteren in het noorden en oosten van Europa. Aan deze voorwaarde lijkt te worden voldaan, want Scandinavië is wel in de ‘vriezer’ terechtgekomen. Dit blijft de komende tijd ook zo. Daarmee lijkt het negatieve effect van een veel te warm noordoost-Europa voor koude-uitbraken bij ons ongedaan te zijn gemaakt.

Wat zeggen de modellen?

Nu we net een SSW achter de rug hebben, hebben de weermodellen de verstoorde poolwervel ook goed te pakken. Dat betekent dat we de uitwerking van de SSW ook op de langere termijn moeten kunnen zien . Zoals eerder gezegd zijn subtiele ontwikkelingen lastiger te verwachten (bijvoorbeeld hoe sterk de tweede opwarming gaat zijn). Deze details zijn wel van belang voor hoe het weer aan de grond zich gaat ontwikkelen. Kortom: de lange termijn verwachtingen kunnen nog flink ‘op de schop’ gaan.

Zoals vanochtend besproken laat de nieuwe berekening van het ECMWF-model interessante winterse ontwikkelingen zien rond het midden van januari. In de periode daarna (eind januari – zie hieronder) is er nog geen teken voor echte winterkou. De laatste week van januari lijkt zelfs wat warmer te verlopen dan normaal. Kortom: de verwachting van donderdagavond laat in die weken geen overtuigend signaal zien voor kouder weer.

Wel lijkt Scandinavië ‘in de vriezer’ te blijven. Dat kan voordelig zijn voor een eventuele koude-uitbraak bij ons, mocht de wind uit het noordoosten gaan waaien.

Discussieer hieronder mee over de laatste ontwikkelingen met betrekking tot de SSW en de gevolgen ervan op de lange termijn!

Bronnen

Palmeiro, F. M., Barriopedro, D., García-Herrera, R., & Calvo, N. (2015). Comparing sudden stratospheric warming definitions in reanalysis data. Journal of Climate, 28(17), 6823-6840.

Tripathi, O.P. and coauthors (2015). The predictability of the extratropical stratosphere on monthly time‐scales and its impact on the skill of tropospheric forecasts. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 141(689), 987-1003.

In de blog stond eerst dat de SSW op 4 januari officiëel plaatsvond. Dat is niet juist; de officiële datum is 5 januari. Dit is in de blog aangepast.