Vórtice polar

O vórtice polar é un ciclón persistente a grande escala situado preto das zonas polares terrestres que se sitúa na media e alta troposfera e na estratosfera. Comprende as altas presións polares e forma parte da fronte polar. O vórtice é máis potente no inverno hemisférico, cando o gradiente térmico é máis abupto, e diminúe ou desaparece en verán. O vórtice polar antártico é máis pronunciado e persistente do que o ártico; isto débese a que a distribución das masas de terra en latitudes elevadas do hemisferio norte implica un aumento das ondas de Rossby que contribúen a romper o vórtice, mentres que no hemisferio sur o vórtice vese menos afectado. O vórtice ártico ten forma alongada, con dous centros, un aproximadamente sobre a illa de Baffin no Canadá e o outro sobre o noroeste de Siberia.
O termo vótice polar pode usarse para describir dous fenómenos distintos: o vórtice polar estratosférico e o vórtice polar troposférico. Ambos os dous rotan na dirección da rotación da Terra, pero son fenómenos distintos que teñen diferentes tamaños, estruturas, ciclos estacionais e efectos sobre o tempo climatolóxico.
O vórtice polar estatosférico é unha área de ventos de alta velocidade que rotan ciclonicamente entre aredor dos 15 km e 50 km de altura, en dirección aos polos nun ángulo de 50°, e é máis forte en inverno. Fórmase durante o outono cando as temperaturas do Ártico ou Antártico arrefrían rapidamente a medida que empeza a noite polar. O aumento da diferenza de temperatura entre o polo e os trópicos causa fortes ventos, e o efecto Coriolis causa que o vórtice rote. O vórtice polar estratosférico desfaise durante a primavera a medida que a noite polar acaba. Un quecemento estratosférico súbito é un episodio que ocorre cando o vórtice estratosférico se desfai durante o inverno, e pode ter efectos significativos no tempo climatolóxico da superficie.
O vórtice polar troposférico adoita definirse como a área dirixida ao polo da corrente en chorro troposférica. O bordo dirixido cara ao ecuador ten un ángulo de 40° a 50°, e esténdese desde a superficie ata os 10 km a 15 km de altura. O seu ciclo anual difire do do vórtice estratosférico porque o vórtice troposférico existe durante todo o ano, pero é similar ao estratosférico en que tamén é máis forte en inverno cando a rexións polares están máis frías.
A química do vórtice polar antártico creou un debilitamento grave do ozono. O ácido nítrico que se encontra nas nubes polares estratosféricas reacciona cos CFCs formando cloro atómico (un só átomo de cloro libre, no canto dunha molécula diatómica), o cal cataliza a destrución fotoquímica do ozono. As concentracións de cloro formadas durante a noite do inverno polar, e a conseguinte destrución de ozono é maior cando volve a luz do Sol durante a primavera (setembro/outubro). Estas nubes só poden formarse con temperaturas inferiores a uns -80 °C, razón pola cal a rexión ártica, máis cálida, non ten burato de ozono.
O vórtice polar antártico mantense normalmente de agosto a novembro.
Sábese que outros corpos astronómicos teñen tamén vórtices polares, entre eles Venus (cun dobre vórtice, é dicir, dous vórtices polares nun mesmo polo ), Marte, Xúpiter, Saturno e a lúa maior de Saturno, Titán. Vórtices árticos e antárticos
Hemisferio norte
Cando o vórtice troposférico do Ártico é forte, está ben definido e ten unha forma case circular, hai un único vórtice cunha corrente en chorro que está ben limitada preto da fronte polar, e o aire do Ártico está ben contido. Cando o vórtice troposférico setentrional se debilita, o que xeralmente ocorre, divídese en dous ou máis vórtices máis pequenos, o máis forte dos cales se encontra preto da illa de Baffin e o outro sobre o noroeste de Siberia. Cando é moi débil, o fluxo de aire ártico vólvese máis desorganizado, e as masas de aire ártico frío poden empurrar cara ao ecuador, traendo con elas un rápido e brusco descenso da temperatura.
A chegada de ventos fríos non é sinónimo de vórtice polar. Por exemplo, unha vaga de intenso frío que se estendeu por gran parte dos Estados Unidos e o Canadá a finais de xaneiro de 2019 e que causou 21 mortos por conxelación foi atribuída a un "vórtice polar". Porén, este non é o uso cientificamente correcto do termo vórtice polar, senón que se refire ás entradas de aire frío do Ártico causadas por un vórtice polar debilitado. Nese episodio na rexión do medio oeste dos Estados Unidos tívose unha sensación térmica duns -45 °C. Crese que este episodio tivo tamén efectos en Europa, aumentando as inundacións invernais no Reino Unido en 2013-14. De forma similar, do frío intenso no Reino Unido nos invernos de 2010/11 tamén se culpou ao vórtice polar.
Hemisferio sur
O vórtice antártico do hemisferio sur é unha única zona de baixa presión que se encontra preto do bordo da plataforma de xeo Ross, preto dos 160° de lonxitude oeste. Cando o vórtice polar é forte, os ventos do oeste (Westerlies) de latitude media (ventos a nivel de superficie entre os 30° e os 60° de latitude oeste) aumentan a súa forza e son persistentes. Cando o vórtice polar é débil, as zonas de alta presión das latitudes medias poden empurrar cara ao polo, desprazando o vórtice polar, a corrente en chorro e a fronte polar cara ao ecuador. A corrente en chorro "dóbrase" e desvíase cara ao sur. Isto fai que o aire frío e seco entre rapidamente en contacto co aire cálido e húmido das latitudes medias, o que dá lugar a un cambio rápido e drástico do tempo coñecido como "vaga de frío".
En Australia, o vórtice polar, coñecido alí como "refacho polar" (polar blast) ou "caída polar" (polar plunge), é unha fronte fría que arrastra aire da Antártida que trae chuvascos, neve (normalmente no interior, con xistras nas terras altas), ventos xeados en refachos e sarabia nas zonas do sueste do país, como en Victoria, Tasmania, a costa sueste de Australia do Sur e a metade sur de Nova Gales do Sur (mais só no lado de barlovento da Gran Cordilleira Divisoria, mentres que o lado de sotavento se verá afectado por vento foehn). Identificación
As bases dos dous vórtices polares atópanse na troposfera media e alta e esténdense ata a estratosfera. Debaixo dela atópase unha gran masa de aire frío e denso do Ártico. A interface entre a masa de aire frío e seco do polo e a masa de aire cálido e húmido máis ao sur define a situación da fronte polar. A fronte polar está centrada aproximadamente nos 60° de latitude. Un vórtice polar fortalécese en invierno e debilítase en verán debido á súa dependencia da diferenza de temperatura entre o ecuador e os polos.
Os ciclóns polares son zonas de baixa presión incrustadas nas masas de aire polares, que existen durante todo o ano. O vórtice polar estratosférico desenvólvese en latitudes por riba da corrente en chorro subtropical. Horizontalmente, a maioría dos vórtices polares teñen un raio inferior a 1000 km. Dado que os vórtices polares existen desde a estratosfera cara a abaixo ata chegaren á troposfera media, utilízanse diversas alturas/niveis de presión para marcar a súa posición. A superficie de presión de 50 hPa é a máis utilizada para identificar a súa posición estratosférica. A nivel da tropopausa, a extensión das liñas pechadas de temperatura potencial pode utilizarse para determinar a súa forza. Outros usan os niveis de presión inferiores a 500 hPa (aproximadamente 5460 m sobre o nivel do mar durante o inverno) para identificar o vórtice polar. Duración e forza
Os vórtices polares son máis febles durante o verán e máis fortes durante o inverno. Os ciclóns extratropicais que migran a latitudes máis altas cando o vórtice polar é débil poden interromper o vórtice único creando vórtices máis pequenos (baixas de núcleo frío) dentro da masa de aire polar. Eses vórtices individuais poden persistir durante máis dun mes.
As erupciónss volcánicas nos trópicos poden provocar un vórtice polar máis forte durante o invierno ata dous anos despois. A forza e a posición do vórtice polar dan forma ao padrón de fluxo nunha ampla zona ao seu arredor. Un índice que se utiliza no hemisferio norte para medir a súa magnitude é a oscilación ártica.
Cando o vórtice ártico está no seu momento máis forte, hai un único vórtice, pero normalmente, o vórtice ártico ten unha forma alongada, con dous centros ciclónicos, un sobre a illa de Baffin en Canadá e o outro sobre o nordés de Siberia. Cando o padrón ártico está no seu momento máis débil, as masas de aire subtropicais poden introducirse cara ao polo provocando que as masas de aire árticas se despracen cara ao ecuador, como aconteceu durante a vaga de frío ártico do inverno de 1985. O vórtice polar antártico é máis pronunciado e persistente que o do ártico. No Ártico, a distribución das masas de terra nas latitudes altas do hemisferio norte dá lugar a ondas de Rossby que contribúen á rotura do vórtice polar, mentres que no hemisferio sur o vórtice está menos perturbado. A rotura do vórtice polar é un acontecemento extremo coñecido como quentamento súbito da estratosfera, na cal o vórtice rompe completamente e pode producirse un quentamento asociado de 30-50 °C durante uns días.
O aumento e diminución do vórtice polar está impulsado polo movemento de masas e a transferencia de calor na rexión polar. En outono os ventos circumpolares aumentan a súa velocidade e o vórtice polar sobe á estratosfera. O resultado é que o aire polar forma unha masa de aire xiratoria e coherente: o vórtice polar. Conforme se achega o inverno, o núcleo do vórtice arrefría, os ventos diminúen e a enerxía do vórtice diminúe. Ao aproximarse o final do inverno e o principio da primavera, o vórtice está no seu momento máis débil. Como resultado, ao final do invierno, grandes fragmentos do aire do vórtice poden ser desviados cara a latitudes máis baixas por sistemas meteorolóxicos máis fortes que se introducen desde esas latitudes. No nivel máis baixo da estratosfera permanecen fortes gradientes de vorticidade potencial, e a maior parte dese aire permanece confinado dentro da masa de aire polar ata decembro no hemisferio sur e abril no hemisferio norte, moito despois da rotura do vórtice na estratosfera media.
A rotura do vórtice polar do norte prodúcese entre mediados de marzo e mediados de maio. Este acontecemento significa a transición do inverno á primavera e ten repercusións no ciclo hidrolóxico, as estacións de crecemento da vexetación e a produtividade xeral do ecosistema. O momento da transición tamén inflúe nos cambios do xeo mariño, o ozono, a temperatura do aire e a nubosidade. Téñense producido episodios de rotura polar temperáns e tardíos, debido ás variacións na estrutura do fluxo estratosférico e á propagación cara a ariba das ondas planetarias desde a troposfera. Como resultado do aumento das ondas cara ao vórtice, este experimenta un quentamento máis rápido do normal, o que provoca unha rotura e unha primavera máis temperá. Cando a ruptura se adianta, caracterízase pola persistencia de restos do vórtice. Cando a rotura é tardía, os restos que quedan disípanse rapidamente. Cando a rotura é temperá, hai un período de quentamento desde finais de febreiro ata metade de marzo. Cando a rotura é serodia, hai dous períodos de quentamento, un en xaneiro e outro en marzo. A temperatura media zonal, o vento e a altura xeopotencial exercen desviacións variables dos seus valores normais antes e despois das roturas temperás, mentres que as desviacións permanecen constantes antes e despois das roturas tardías. Os científicos relacionan un atraso na rotura do vórtice ártico cunha redución das actividades das ondas planetarias, así como con poucos eventos de quentamento súbito da estratosfera e diminución do ozono. Os eventos de quentamento súbito da estratosfera están asociados a vórtices polares máis febles. Este quentamento do aire estratosférico pode inverter a circulación do vórtice polar ártico, pasando da dirección contraria ás agullas do reloxo á normal das agullas do reloxo. Estes cambios nas alturas forzan cambios na troposfera que está por debaixo. Un exemplo de efecto na troposfera é o cambio de velocidade do padrón de circulación do océano Atlántico. Un punto brando xusto ao sur de Groenlandia é onde se produce o paso inicial de subsidencia atmosférica, denominado o "Talón de Aquiles do Atlántico Norte". Pequenos quentamentos ou arrefriamentos procedentes do vórtice polar poden desencadear ou atrasar a subsidencia, alterando a Corrente do Golfo do Atlántico e a velocidade doutras correntes oceánicas. Dado que todos os demais océanos dependen do movemento da enerxía calorífica do océano Atlántico, os climas de todo o planeta poden verse drasticamente afectados. O debilitamento ou fortalecemento do vórtice polar pode alterar a circulación marítima a máis de 1, 6 km por debaixo das ondas. O fortalecemento dos sistemas de tormentas dentro da troposfera que arrefrían os polos, intensifica o vórtice polar. As anomalías climáticas relacionadas con La Niña reforzan significativamente o vórtice polar. A intensificación do vórtice polar produce cambios na humidade relativa ao entraren no núcleo do vórtice intrusións descendentes de aire seco estratosférico. Co fortalecemento do vórtice prodúcese un arrefriamento de onda longa debido á diminución da concentración de vapor de auga preto do vórtice. A diminución do contido de auga é o resultado dunha tropopausa máis baixa dentro do vórtice, que coloca o aire estratosférico seco por riba do aire troposférico húmido. A inestabilidade prodúcese cando se despraza o tubo do vórtice (a liña de vorticidade concentrada). Cando pasa isto, os aneis de vórtice vólvense máis inestables e propensos a ser desprazados polas ondas planetarias. A actividade das ondas planetarias en ambos os hemisferios varía de ano en ano, producindo unha resposta correspondente na forza e a temperatura do vórtice polar. O número de ondas arredor do perímetro do vórtice está relacionado co tamaño do núcleo do vórtice; a medida que o núcleo diminúe, o número de ondas aumenta.
O grao de mestura do aire polar e de latitudes medias depende da evolución e posición do chorro polar nocturno. En xeral, a mestura é menor dentro do vórtice que fóra del. A mestura prodúcese con ondas planetarias inestables que son características da estratosfera media e alta en inverno. Antes da rotura do vórtice hai pouco transporte de aire fóra do vórtice polar ártico debido ás fortes barreiras que existen por riba dos 420 km. O chorro polar nocturno que existe por debaixo, é débil a principios do inverno. En consecuencia, non desvía ningún aire polar descendente, que se mestura co aire das latitudes medias. A finais do inverno, as parcelas de aire non descenden tanto, o que reduce a mestura. Despois de que o vórtice rompa, o aire ex-vórtice dispérsase nas latitudes medias no prazo dun mes.
Ás veces, despréndese unha masa do vórtice polar antes do final do período de quentamento final. Se é grande dabondo, este fragmento pode desprazarse cara ao Canadá e ao medio oeste, centro, sur e nordés dos Estados Unidos. Esta desviación do vórtice polar pode producirse debido ao desprazamento da corrente en chorro polar; por exemplo, a significativa dirección cara ao nordés da corrente en chorro polar na parte occidental dos Estados Unidos durante os invernos de 2013-2014 e 2014-2015. Isto provocou condicións cálidas e secas no oeste, e frías e nevadas no centro-norte e o nordés. Ocasionalmente, a masa de aire de alta presión, chamada bloque de Groenlandia, pode facer que o vórtice polar se desvíe cara ao sur, en lugar de seguir a súa traxectoria normal sobre o Atlántico Norte. Fenómenos climatolóxicos extremos
Un estudo de 2001 atopou que a circulación atmosférica pode ter efectos anómalos nos réximes climatolóxicos. Ese mesmo ano, os investigadores atoparon unha correlación estatística entre os vórtices polares débiles e os episodios de frío intenso no hemisferio norte. En anos posteriores os científicos identificaron interaccións co declive do xeo mariño no Ártico, a redución da cuberta de neve, os padrón de evapotranspiración, as anomalías na oscilación do Atlántico Norte (NAO) ou anomalías climatolóxicas que están ligadas ao vórtice polar e á configuración da corrente en chorro. Debilitamento da capa de ozono
A química do vórtice polar antártico creou unha grave diminución da capa de ozono, aínda que o efecto se atenuou desdea década de 2000. Espérase que se recuperen o niveis de 1980 aproximadamente en 2075. O ácido nítrico nas nubes estratosféricas polares reacciona cos clorofluorocarbonos para formar cloro, o cal cataliza a destrutución fotoquímica do ozono. As concentracións de cloro aumentan durante o inverno polar, e a consecuente destrución do ozono é maior cando volve a haber luz en primavera. Estas nubes só poden formarse a temperaturas por debaixo duns −80 °C. Como hai un maior intercambio de aire entre o Ártico e as latitudes medias, a diminución da capa de ozono no polo norte é moito menor que no polo sur. En consecuencia, a redución estacional dos niveis de ozono no Ártico caracterízase xeralmente como unha "amosega do ozono", mentes que ao gran debilitamento da capa de ozono antártico denomínaselle "burato de ozono". Non obstante, a destrución química do ozono no vórtice polar ártico en 2011 acadou, por primeira vez, un nivel claramente identificable como un auténtico "burato de ozono" ártico. Vórtices noutros corpos celestes
Outros corpos astronómicos tamén teñen vórices polares, como Venus (cun dobre vórtice, é dicir, dous vórtices polares nun mesmo polo), Marte, Xúpiter, Saturno e na lúa de Saturno Titán.
O polo sur de Saturno é o único vórtice polar quente coñecido no sistema solar.