Stratosferische dwalingen – kansen op koude december?

0

“Stratosferische dwalingen” en voorspellende waarde

In oktober hebben we een artikel geschreven (AWM Lars van Galen) over een afzwakkende SPV en de gevolgen voor het weer in onze contreien voor de maande november.  Zie hier
De grote vraag is nu hoe gaat het verder met deze ontwikkelingen en kunnen we iets “zinnigs” zeggen over het verloop van de winter en in het bijzonder de december . Laten we eens proberen een tipje van de sluier op te lichten:

ztornado

Laten we voor de duidelijkheid even bij het begin beginnen en wel bij het weer! De beleving van het weerbeeld vindt altijd plaats aan de grond en wel in onze directe (lokale) omgeving.  Het zijn echter juist de (globale)  patronen elders en hoog in de atmosfeer die sturend en bepalend zijn voor de ontwikkelingen aan de grond en onze directe omgeving.

het-weer

De eigenlijke motor van “het weer” is de zon(straling). Door verschillen in  zon instraling ontstaan er (grote) groot temperatuurverschillen tussen de evenaar en de polen. Deze verschillen kunnen dagelijks oplopen tot meer dan 100 graden! Door deze temperatuursverschillen ontstaan er in alle lagen van onze atmosfeer luchtstromingen die wederom door de draaiing van onze aarde beïnvloed worden. We weten het wellicht nog van school “Als gevolg van de aardrotatie (corioliskracht) vindt er een afwijking plaats van baan die de warme en koude lucht volgt. Op het noordelijk halfrond vertonen alle bewegingen een afwijking naar rechts, op het zuidelijk halfrond naar links”.
 
corkracht
Effect van de Corioliskracht: luchtdrukverdeling en heersende winden rond de Aarde

Al deze luchtcirculaties en luchtbewegingen hebben slechts één doel: het opheffen van de energieverschillen tussen de evenaar en de polen. Lucht kan echter slechts relatief geringe hoeveelheden energie opnemen en ook weer afgeven. Water is daarin veel effectiever en water in de lucht neemt dan ook een omvangrijk energietransport in de lucht voor zijn rekening in de vorm van waterdamp, wolken en regen. Verreweg de grootste energie-uitwisseling vindt overigens plaats via de zee en de zeestromingen. Daarmee worden enorme hoeveelheden energie van zuid naar noord en omgekeerd getransporteerd.

De Zweedse meteoroloog Carl-Gustaf Rossby (28 December 1898 – 19 August 1957) ontdekte in 1939 grootschalige bewegingen in de atmosfeer die ontstaan ten gevolge van een natuurlijk herstel van het hierboven genoemde Coriolis effect. Hij merkte ook op dat dat de sterkte daarvan afhankelijk is van de breedtegraad. Deze zogenaamde planetaire golf of golven kregen de naam “Rossby” golven. In de atmosfeer zijn deze Rossby-golven makkelijk te herkennen als grootschalige meanders (slingeringen) van de straalstroom, ze zorgen in feite voor het scheiden van koude en warme luchtmassa’s, waaruit cyclonen (laged drukgebieden /depressies)  en anticyclonen (hogedrukgebieden) ontstaan.

n_jetstream_rossby_waves_n
Planetaire (Rossby) golf in verschillende fases (amplitudes)

Voor de wizkids: de snelheid van de golf is gegeven door:

Met c de golfsnelheid, u de gemiddelde westwaarts gerichte stroming, β de Rossby-parameter en k het aantal golven. Algemeen kun je stellen het aantal troggen/ruggen bepaalt het “golfgetal” en dit kan varieren van 1 tot 8

Veelal visualiseren we in ons hoofd en ook op de weerkaarten deze (golven) in het horizontale vlak! Echter, deze energie uitwisselingen vinden niet alleen in het “horizontale vlak” van west naar oost plaats maar tevens en vooral ook in het verticale vlak (hoogte). Anders gezegd, er vindt continu uitwisseling van energie (warmte) plaats tussen de diverse lagen van de troposfeer (T) en stratosfeer  (S). Deze terugkoppelingen worden ook wel teleconnecties genoemd ! De afgelopen jaren is er veel onderzoek gedaan naar de terugkoppeling mechanismen van de lagere atmosfeer en vooral ook hun “voorspelbare waarde“e in het het bijzonder op de invloed van de stratosferische polar vortex in de wintermaanden.

Voor we daarmee verder gaan eerst even een korte uitleg over de stratosferiche polar vortex (SPV):
De zogenaamde ‘polar vortex’ vormt een belangrijk onderdeel van het omvangrijke complexe systeem in onze atmosfeer dat zoals al hierboven aangeduid resulteert in ons weerbeeld aan de grond. De ‘polar vortex’ wordt gevormd door (zeer) koude lucht die in een reusachtige draaikolk rondom de polen vanaf 5 kilometer (500hPA) boven het aardoppervlak circuleert. Deze aanwezigheid van kou levert lagedrukwerking op in de bovenlucht.

bdtyfwiccaigr6h

Er dient daarbij onderscheid gemaakt te worden tussen enerzijds de troposferische polar-vortex (TPV) en anderzijds de stratosferische polar-vortex (SPV). Met de Stratosferische polar-vortex wordt de eigenlijke polar-vortex bedoeld, een traag systeem welke zich manifesteert in de stratosfeer op 12 tot 50 km hoogte. Het is een gebied met zeer koude lucht dat zich tijdens de donkere koude poolwinters manifesteert op grote hoogte pakweg van november tot eind februari op het noordelijk halfrond. In de zomer is de SPV afwezig. Op zowel de zuidpool als ook op de noordpool is er sprake van zo’n SPV over het zuidelijk halfrond is de wervel sterker en stabieler. Over het noordelijk halfrond is deze wervel een stuk onrustiger en dat heeft nu net zo zijn consequenties.

 

1563424
Opbouw verschillende lagen atmosfeer (hoogte, temperatuur, druk))
Zoals gezegd kan het op deze hoogtes in de wintermaanden (poolnacht) door gebrek aan warmtestraling (zon) enorm koud worden waarbij we op 20 kilometer hoogte temperaturen waarnemen van -80 graden. Is de SPV ook nog eens mooi symmetrisch dan kunnen we stellen dat we met een “sterke” SPV te maken hebben die zijn invloed ook tot in de lagere atmosfeer (T) zal doen gelden. Is dit het geval dan hebben we algemeen met sterke westenwinden (jetstream) te maken. Vergelijk het met een draaitol, hoe krachtiger de tol draait hoog stabieler hij staat door de centrifugerende krachten. Anders gezegd  –een sterke (zeer koude) SPV leidt tot sterke westenwinden (zonaal) We hebben in dit geval te maken met positieve fase van de NAO en AO
hednaoa
oa
Anderzijds kan het ook voorkomen dat de SPV juist niet zo koud is of  juist opwarmt. In dit geval spreken we van een “zwakke”  SPV en ook dit heeft weer zijn invloed op de lagere atmosfeer. We zien dan juist een afname van de westenwinden (stream) en zelfs een meer noord-zuid georiënteerd stromingspatroon (meridionaal) . In dit geval hebben we te maken met een negatieve fase van de NAO en AO. Vergelijk nogmaals de draaitol die nu veel minder snel zal draaien, de centrifugaal werkende krachten aan de zijkant zijn veel minder sterk en neemt de snelheid nog verder af dan zien we de tol verplaatsen vanuit zijn draaipunt (uit het lood) en vervolgens omvallen.
In principe gebeurt hetzelfde met de SPV (is immer één grote ronddraaiende cycloon, koude vortex). Door het verzwakken (opwarmen) gaat hij zich vanuit zijn draai (middelpunt) punt verplaatsen, we zien hem tevens verbrokkelen (dipolen of tripolen dan wel split) waarbij aan de randen door de afnemende centrifugaal krachten hele gebieden met koude troposferische of zelfs stratosferische lucht afbrokkelen (filamenten). In het laatste stadium “valt de SPV om” of beter gezegd,  wel hebben we te maken met een volledige collaps of breakdown. Dit zien we bijvoorbeeld ook gebeuren aan het einde van de winter wanneer door de opwarming de SPV verdwijnt (final warming)
Golfbreking Rossby-wave Europa (2012) en verplaatsen van filamenten troposferische luchtmassa’s.
We gaan weer even terug naar de overheersende westelijke winden op het noordelijk halfrond en de Rossby (planetaire) golf of golven. Variaties in de stratosferische westenwinden leiden enkele weken later tot soortgelijke variaties in de troposferische westenwinden. Anderzijds zullen Rossby-golven zoals we al hebben gezegd ook in hoogte en zelfs tot in de bovenste troposfeer en stratosfeer voortbewegen. Dit zien we bijvoorbeeld gebeuren door hoge bergen (bergketens) die loodrecht op de westelijke hoogtestroming verlopen Rocky Mountains). De jetstream gaat “zwingen” en de amplitude neemt toe. Hieronder een 3 tal plaatjes ter visualisering – bron plaatjes Weerwoord.be (VdV) 
13120131354293
Golfvorming (fase, amplitude)
Is de golf uiteindelijk zo hoog dat zijn “kritische punt” wordt bereikt dan zal de golf breken of over de top gaan, verzwakken en omkeren. In plaats van een westelijk stromingspatroon zien we dan een omkering naar een oostelijke stroming waarbij door het “instorten” van de golf (luchtmassa’s) de stratosferische lucht comprimeert en daardoor ook weer opwarmt.

13120131354294
Golfbreking (over de top) dalende luchtbewegingen en opwarming
13120131354295
en verdere “kettingreactie” – opwarming

Dit proces kan een verdere kettingreactie naar beneden toe veroorzaken met als uiteindelijk resultaat de breakdown van de “koude vortex”. In enkele dagen tijd kan het kwik er met wel 40° tot 50 stijgen. Men spreekt dan van een zgn. Sudden Stratospheric Warming (SSW) waarbij we veelal twee mogelijkheden zien:

1 de poolwervel gaat aan de wandel (displacement) en verlaat het centrale poolgebied, dit gebeurt met name bij een zgn  (wave-1 opwarming / 1 trog – 1 rug) of

2. de vortex  breekt in twee stukken breekt (wave-2 opwarming / 2 ruggen – 2 troggen) met bijvoorbeeld het ontstaan van een afgesplitste dipool waarbij de twee resulterende “vortexen” zich afzonderlijk gaan bewegen.

 

w1en2
Wave 1 en Wave 2 en de uitwerkingen
De term SSW verwijst dus naar wat we waarnemen en wel een snelle opwarming in de stratosfeer. Overigens kunnen de golven kunnen golven elkaar ook afzwakken in plaats van versterken, het moge duidelijk zijn dat dit geen impact zal hebben op het afzwakken van de SPV!
clipboard018-1
Voorbeeld displacement (boven) en split van de SPV door opwarming (SSW)
Er zijn al heel wat studies gedaan naar het wel en wee van sturende drukgebieden en hun uitwerkingen op de stratosfeer en indirect en met vertraging op die van de troposfeer. Het voert te ver om die allemaal te gaan benoemen en analyseren maar algemeen kunnen we het volgende stellen:
De SPV is “gevoelig” voor blokkerende troposferische hogedrukgebieden (TBH) ten opzichte van de Rossbygolven (planetaire golven) en diens geografische “fase”. Zo is aangetoond dat TBH boven noord Amerika, de noord Atlantische Oceaan, Europa en het westen van Rusland en met name Siberië voor een betere voortplanting van de golf in hoogte zorgen met als gevolg een opwarming van de SPV tot gevolg. Tevens is ook aangetoond dat prominente hoogtetrog over de westelijke Stille Oceaan en het Verre Oosten de neiging hebben om de opwaartse voortplanting te onderdrukken en daardoor juist voor een afkoeling zorgen.
upw

Daarbij geldt ook nog eens: blokkerende (stationaire) hogedrukgebieden hebben meer impact met betrekking tot een eventuele opwarming (SSW) van de (polaire) stratosfeer dan dynamisch hogedrukgebieden in combinatie met hoogtetroggen die in de geografische stromingsrichting van de westerlies (westenwinden) voortbewegen.

 

noaaevl_jetstream_mar2-png-1346948
Afbuigen jetstream ter hoogte Rocky Mountains

 

Naast bergketens kunnen ook blokkerende hogedrukgebieden soortgelijke processen in de hand werken en als tegenhanger daarvan hoogtetroggen dit juist weer verzwakken. Vooral het Siberische hoog kan (zal) wanneer het goed ontwikkeld is invloed hebben op het verloop van de jetstream (Rossby golf).

Het Siberische hoog is een thermische hoog wat vooral in de onderste lagen van de atmosfeer gevuld is met zeer koude lucht. Belangrijk voor de ontwikkeling van dit thermische hoog is de mate van sneeuwbedekking in Siberië. Veel en vooral vroege sneeuw (oktober) zijn gunstig voor de ontwikkeling van het thermische hoog. Kijken we naar deze herfst dan zien we boven Siberië sinds oktober een record hoge sneeuwbedekking.

snowcover
Recordsneeuwdek en kou in grote delen van Rusland (kaart 31 oktober)

 

cv9sajbw8aav-e4
Mede hierdoor kon zich in de afgelopen weken een machtig bastion van hogedruk wat die regio opbouwen wat zich helemaal uitstrekt tot aan de oostelijke Balkan en Azie. En kijk ook nog eens naar de kerndruk,  dan zien we dat die ergens tussen de 1055  en 1065 hPa zit !!  Ik heb niet alle getalletjes paraat maar zover ik kan herleiden werd de hoogste druk ooit gemeten in  Ojmjakon. Op 31 december 1968 werd hier de hoogste luchtdruk ter wereld gemeten te weten 1083,8 hPa!
sibhoog
Gaan we dit allemaal vertalen en relateren naar bovenstaande uiteenzetting en het vergelijken met behaalde resultaten in het verleden dan is de kans op een opwarming van de SPV met wellicht een SSW ergens in december met een volledige breakdown van de SPV een scenario wat heel aannemelijk is. Dit is ook hetgeen ons de weermodellen op de langere termijn steeds weer voorschotelen  (opwarming en afzwakken met een verplaatsen van de koudepool) zien. De uitwerking op de troposfeer zullen dan met enige vertraging onherroepelijk volgen waarbij de kansen op een compleet geblokkeerd stromingspatroon gaat toenemen.
eckoud
Gaan we richting einde november en begin december overschakelen naar een veel kouder en geblokkeerd (meridionaal) weerpatroon. Goede kans! EC oper 28-11

 

ecttt
Ensembles ECMWF oostelijke Alpen
Ter afsluiting: het gedrag van de SPV wordt gemonitord door o.a. satellietgegevens, sonderingen als ook modeldata en deze zijn online terug te vinden op diverse websites. In principe kunnen we dus de ontwikkelingen in de (S)PV vervolgen op 10, 20 of 30 hPa. Wanneer de SPV verval begint te sputteren (te zien aan de kerntemperatuur, de vorm of de sterkte van de vortex en de jetstream) dan kan dit in de nabije toekomst zijn uitwerking hebben op het algemene weerpatroon. Tussen het inzetten van een SSW en de interactie op de polaire jet zit een 10 à 14 dagen tijd. Vandaar dus ook het enigszins ‘voorspellende’ karakter van wat er hoog in de stratosfeer gebeurt. Last but nog least moeten vervolgens de puzzel stukjes voor onze contreien nog wel even goed vallen (exacte positie van de sturende drukgebieden) Gaat dit gebeuren dan zullen we in de loop van december gaan evolueren naar markant kouder WINTERweer!  (zonder enige garantie)
To be continued…………….
Dit artikel is resp. wordt nog verder uitgewerkt aangepast. Verder discussie(s) op het Onweer-Online platform in de daarvoor bestemde topics oa – Winterverwachtingen
polar-vortex-ap
Join Alpenweerman community

Het is weer een interessante herfst en één ding is ook zeker “de volgende winter, die komt bestimmt!  JOIN US of wordt sponsor of partner van Alpenweerman.nl. Neem geheel vrijblijvend contact met ons op via [email protected]

rehall-logo-2015
Winter is coming – be prepared –


Alpenweerman is powered by
Kachelmann Wetter en Meteo-Oberwallis

Meer (Alpen)weer en updates ook via Alpenweerman Facebook of Twitter

Reageer je mee?