Wir polarny (lub wir polarny ) jest uparty, duża depresja wzniesienie znajduje się w pobliżu jednego z biegunów geograficznych planety. Na Ziemi te ośrodki niskiego ciśnienia tworzą się w górnej i środkowej troposferze oraz w stratosferze .
Te strefy niskiego ciśnienia są związane z rdzeniem zimnego powietrza i dają na powierzchni antycyklony termiczne w ślad za frontem polarnym, ponieważ kiedy masa powietrza kurczy się i staje się gęstsza, wywiera na nią silny nacisk. Dlatego wir polarny nasila się zimą i słabnie latem, ponieważ zależy od różnicy termicznej między równikiem a biegunami.
Ogólnie wir nie przekracza promienia 1000 km, a powietrze wewnątrz wiru wykonuje cyklonowy obrót, albo przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej, jak i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej, pod wpływem siły Coriolisa . Istnieją dwa arktyczne ośrodki wirowe: jedno w pobliżu wyspy Baffina, a drugie nad północno - wschodnią Syberią , odpowiadające środkowi wyżu w Ameryce Północnej i syberyjskiemu systemowi wysokiego ciśnienia . Wir antarktyczny zwykle leży w pobliżu szelfu Rossa , na 160 ° długości zachodniej, co odpowiada środkowi wyżu antarktycznego .
Ponieważ wiry polarne przemieszczają się również w dół ze stratosfery do środkowej troposfery, do oznaczenia ich położenia używany jest zestaw par wysokość / ciśnienie. Do określenia jego lokalizacji w stratosferze najczęściej wykorzystuje się powierzchnię izobaryczną do 50 hPa . Niektórzy meteorolodzy używają niższych poziomów, nawet do poziomu ciśnienia 500 hPa (około 5460 metrów nad poziomem morza w okresie zimowym), aby zidentyfikować wir polarny. Zakres zamkniętych konturów temperatury potencjalnej w tropopauzy można wykorzystać do określenia jej intensywności.
Wiry biegunowe, jak sugeruje ich nazwa, tworzą się w pobliżu biegunów z powodu różnicy temperatur między równikiem a regionami polarnymi. Nasilenie i zanikanie wiru polarnego jest zatem napędzane przez ruch mas powietrza i wymianę ciepła w regionie polarnym.
Latem nasłonecznienie jest prawie ciągłe na biegunie, a zatem różnica temperatur jest mniejsza i zlokalizowana w pobliżu tego ostatniego. Dlatego wir jest tam najsłabszy, a cyklony pozatropikalne, które migrują na wyższe szerokości geograficzne, mogą zakłócać wir, tworząc wgłębienia w polarnej masie powietrza. Te pojedyncze wiry mogą utrzymywać się dłużej niż miesiąc.
Jesienią wiatr okołobiegunowy przyspiesza, a wir polarny w stratosferze rośnie, gdy temperatura na biegunie spada, a noc staje się prawie trwała. W rezultacie powietrze polarne tworzy coraz bardziej spójną masę powietrza, wir polarny. Na początku zimy różnica temperatur jest największa, a wir jest najbardziej intensywny. Następnie rdzeń wiru ochładza się, wiatry słabną, a energia wiru maleje.
Późną zimą i wczesną wiosną wir jest najsłabszy, a duże fragmenty zimnej kopuły poniżej wiru mogą zostać skierowane na niższe szerokości geograficzne przez silniejsze systemy pogodowe, które wkradają się z tych szerokości geograficznych. W niższych warstwach stratosfery silne potencjalne gradienty wirów utrzymują się latem, a większość tego powietrza pozostaje zamknięta w pobliżu biegunów, długo po tym, jak wir rozpuści się w stratosferze.
Erupcje wulkanów w tropikach mogą również prowadzić do silniejszego wiru polarnego w okresie zimowym, nawet przez dwa lata po zdarzeniu. Siła i położenie wiru polarnego wpływają na cyrkulację atmosferyczną na dużym obszarze wokół niego. Jednym ze wskaźników wykorzystywanych na półkuli północnej do pomiaru jego wielkości jest wartość oscylacji arktycznej .
Nagły spadek zimowej aktywności wiru polarnego jest zjawiskiem ekstremalnym, znanym jako Sudden Stratospheric Warming (SSW) i wiąże się z dramatycznym wzrostem temperatury stratosfery (w zakresie od 30 do 50 ° C ) w kilku dni. Część wiru może następnie opaść na niższe szerokości geograficzne i przynieść ze sobą kopułę bardzo zimnego powietrza. Zimą nienormalnie słaby wir polarny ma konsekwencje dla dużej części półkuli północnej. W rzeczywistości średnie temperatury są generalnie niższe od normalnych w strefach umiarkowanych (Ameryka Północna i Eurazja), podczas gdy są na ogół wyższe niż normalnie na północ od koła podbiegunowego.
Zwykle wir arktyczny jest wydłużony, z dwoma centrami cyklonicznymi, jednym nad wyspą Baffina w Kanadzie, a drugim nad północno-wschodnią Syberią. Kiedy jest najbardziej intensywny zimą, jest tylko jeden ośrodek. Wir polarny na Antarktydzie jest wyraźniejszy i trwalszy niż wir polarny. Wir jest najsilniejszy zimą, kiedy gradient temperatury jest najbardziej stromy, a latem może znacznie spaść, a nawet zniknąć.
Wir polarny Antarktyki jest bardziej wyraźny i trwały niż arktyczny: przyczyną tego zjawiska jest rozmieszczenie lądu i rzeźba terenu na półkuli północnej, która uwydatnia zjawisko fal Rossby'ego , prowadząc do spadku aktywności wiru, podczas gdy we względnie względnym płaska półkula południowa, żadne szczególne zjawisko nie zakłóca aktywności wiru.
Badanie z 2001 roku wykazało, że krążenie w stratosferze może mieć nieprawidłowy wpływ na wzorce pogodowe. Zimy ze słabym wirem polarnym związane są z opadaniem mroźnego powietrza w kierunku niższych szerokości geograficznych. Tak więc trzask zimna w 2014 r. W Ameryce Północnej był spowodowany opadaniem kopuły arktycznej w kierunku środkowego zachodu Ameryki, co umożliwiło pobicie kilku rekordów niskich temperatur w środkowej i wschodniej Ameryce Północnej zimą 2013-2014, zwłaszcza w styczniu.
W tym samym roku naukowcy odkryli statystyczną korelację między słabym wirem polarnym a stężeniami ciężkich zimna na półkuli północnej. Niedawno naukowcy zidentyfikowali interakcje ze spadkiem lodu morskiego w Arktyce, zmniejszoną pokrywą śnieżną , profilami ewapotranspiracji , anomaliami oscylacji północnoatlantyckiej (NAO) lub powiązanymi anomaliami pogodowymi z konfiguracją wiru polarnego i strumienia odrzutowego .
Długofalowe wnioski zajmie dziesięciolecia, aby odróżnić naturalną zmienność od trendów klimatycznych. Jednak ogólne założenie jest takie, że zmniejszenie pokrywy śnieżnej i lodu morskiego spowodowane globalnym ociepleniem zmniejsza odbicie światła słonecznego, co zwiększa ewapotranspirację, zmieniając z kolei rozkład ciśnienia i gradient temperatury wiru polarnego, co je osłabia. Staje się to oczywiste, gdy amplituda fal Rossby'ego powoduje znaczące meandry w strumieniu strumieniowym, które umożliwiają transport cieplejszego powietrza na biegun północny, a polarnego na niższe szerokości geograficzne. Amplituda prądu strumieniowego rośnie wraz ze słabszym wirem polarnym, zwiększając tym samym prawdopodobieństwo spowodowania blokad pogodowych . Jedno z takich niedawnych zdarzeń blokujących miało miejsce, gdy system wysokiego ciśnienia zaparkował nad Grenlandią i zmienił cyrkulację, aby skierować huragan Sandy w kierunku północno-wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych, zamiast zwykłego toru na północny Atlantyk.
Reakcje chemiczne związane z wirem polarnym na Antarktydzie powodują gwałtowny spadek stężenia ozonu . Przyczyną jest następujący mechanizm: kwas azotowy zawarty w chmurach stratosferycznych reaguje ze związkami aerozolowymi, tworząc w ten sposób chlor, który katalizuje fotochemiczne niszczenie ozonu. Chmury te nie mogą być formowane w temperaturach poniżej około -80 ° C . Stężenie chloru wzrasta zatem podczas polarnej zimy, a wynikająca z tego destrukcja ozonu jest większa, gdy światło słoneczne powraca wiosną wraz ze wzrostem energii słonecznej.
Ponieważ istnieje większa wymiana powietrza między Arktyką a średnimi szerokościami geograficznymi, ubytek warstwy ozonowej na biegunie północnym jest znacznie mniej dotkliwy niż na południu. W rezultacie sezonowe obniżenie poziomu ozonu w Arktyce charakteryzuje się generalnie „uderzeniem ozonu”, podczas gdy poważniejsze zubożenie warstwy ozonowej nad Antarktydą jest uważane za „dziurę ozonową” w warstwie ozonowej ”.
Zjawisko to jest naturalne, ale wzmocniła je działalność człowieka. Rzeczywiście, produkcja tlenków azotu przy użyciu paliw kopalnych znacznie zwiększyła stężenie kwasu azotowego niezbędne do tego zjawiska.
Wiadomo również, że inne planety i księżyce mają wiry polarne, w tym Wenus (podwójny wir jednobiegunowy), Mars , Jowisz , Saturn i księżyc Tytana Saturna . Południowy biegun Saturna jest jedynym w Układzie Słonecznym, na którym występuje gorący wir polarny.