Elk jaar kijken weerexperts en -liefhebbers uit naar tekenen dat de zogenaamde ‘polaire vortex’, een reusachtige werveling van extreem koude lucht boven de Noordpool, misschien naar het zuiden verschuift en strenge vorst en sneeuw naar lagere breedten zal meevoeren.

Het wachten van deze fans is misschien binnenkort voorbij, en dat is verrassend genoeg (althans voor de meesten van ons) juist het gevolg van een recente stijging van de temperatuur in het Noordpoolgebied.

Het gaat in dit geval om de temperatuur in de hogere stratosfeer boven Siberië. In de eerste week van januari liep die op van –68,9 naar –13,3 graden Celsius. Hoewel deze vorm van “abrupte stratosferische opwarming” tot op zekere hoogte elk jaar voorkomt, werd de stijging van dit jaar als een grote en zeldzamer toename gezien.

De ontstane massa van relatief zeer warme lucht verstoorde de balans van de ijskoude polaire vortex, waardoor deze met zóveel kracht van zijn gebruikelijke ankerplaats boven de Noordpool werd verstoten dat hij feitelijk in tweeën werd gesplitst en nu twee uitlopers heeft: één boven Noord-Amerika en één boven Europa.

Het gevolg van deze verstoring zou ertoe kunnen leiden dat het Midwesten en het noordoosten van de VS en ook West-Europa door ijskoud winterweer zal worden geteisterd. Verwacht wordt dat de ijskoude lucht over een week of twee zal arriveren en – met tussenpozen – tot in de maand februari kan blijven hangen.

Wat is een 'polaire vortex' en hoe werkt hij?

Als de term ‘polaire vortex’ in het nieuws opduikt, kunnen daarmee twee verschillende maar met elkaar verband staande weerpatronen worden bedoeld.

In de troposfeer, de onderste laag van de atmosfeer waar ons weer zich afspeelt, draait het hele jaar door een ‘polaire vortex’ rond de aarde. Dit is eigenlijk de noordelijke straalstroom, die soms wel als polaire vortex wordt aangeduid en kan uitwijken naar zuidelijker breedten en daarbij kan doordringen in gebieden tussen de tropen en het Noordpoolgebied in (in Noord-Amerika bijvoorbeeld tussen Centraal-Mexico en Noord-Canada). Deze straalstroom wervelt van west naar oost rond de Noordpool.

In de laag boven de troposfeer, tussen de 15 en 50 kilometer hoogte, wervelt de stratosferische polaire vortex als een massa ijskoude lucht rond het Noordpoolgebied, dat in de winter van zonlicht is verstoken en sterk afkoelt. Deze bel van koude lucht lost in het voorjaar weer op. De eigenlijke polaire vortex is veel minder krachtig dan de noordelijke straalstroom eronder en wervelt eveneens van west naar oost boven de Noordpool rond.

Hoewel beide systemen het weer kunnen beïnvloeden, is het de verstoring van de polaire vortex in de stratosfeer die ditmaal het winterweer naar onze breedten kan sturen. De polaire vortex blijft op z’n plek boven de Noordpool wervelen als het temperatuurverschil tussen de vortex en de straalstroom eronder stabiel is. Maar als de temperaturen van beide wervelingen te dicht bij elkaar komen te liggen (wat bij een abrupte opwarming gebeurt), begint de polaire vortex te ontsporen en naar het zuiden uit te wijken, waarbij hij de straalstroom voor zich uit duwt.

Op 4 januari merkten wetenschappers de plotselinge opwarming van de stratosfeer boven Siberië op. Dat soort stratosferische schommelingen in temperatuur zijn gebruikelijk, maar zulke krachtige sprongen komen slechts eens in de twee jaar voor, zegt Judah Cohen, directeur seizoensvoorspellingen van Atmospheric and Environmental Research, een adviesbureau dat overheden en bedrijven helpt met het inschatten van weerrisico’s.

Volgens Michael Ventrice, meteoroloog bij The Weather Company, een firma die weersvoorspellingen opstelt, begrijpen experts deze abrupte opwarmingen van de stratosfeer nog niet goed. In 2018 zorgde een periode van koud winterweer in Groot-Brittannië voor een plotselinge toename van de vraag naar energie en daarmee voor tekorten aan aardgas. Naar aanleiding van die gebeurtenis begon Ventrice de oorsprong van deze Arctische verstoringen te bestuderen, zodat hij vroeger in het seizoen tot betere voorspellingen op lange termijn kon komen. Ventrice ontdekte dat ‘zones’ van warme lucht doorgaans boven Siberië en de noordelijke Atlantische Oceaan naar de stratosfeer opstijgen.

De warme lucht in de lagere atmosfeer en ook minder warme lucht komen als botsautootjes in het traject van de straalstroom terecht, waardoor er ‘kinken in de kabel’ van de straalstroom ontstaan. Op die plekken wordt warme lucht nog verder omhoog gestuwd, tot in de stratosfeer, waar deze bellen ook de polaire vortex beginnen te verstoren.

“De kinken sturen golfenergie de stratosfeer in, en als dat maar krachtig en langdurig genoeg gebeurt, dan kan die golfenergie de gebruikelijke polaire vortex in de stratosfeer, die normaliter dicht om de Noordpool draait, verstoren en doen uitwijken,” zegt Jennifer Francis, atmosfeerwetenschapper aan het Woodwell Climate Research Center.

Hoe deze wisselwerking tussen de stratosfeer en het weer in de troposfeer zich precies afspeelt, wordt nog steeds niet goed begrepen. Maar als de polaire vortex in de stratosfeer uit balans is gebracht (en in tweeën is gespleten, zich heeft verplaatst of is uitgeweken), kan hij de straalstroom eronder naar het zuiden doen verschuiven, waardoor ijskoude poollucht naar steden op gematigde breedten in de VS, Europa en Azië wordt meegevoerd.

Dat was ook de reden dat het in 2019 korte tijd kouder was in Chicago dan op de Noordpool en waarom de voorspellingen voor de komende weken zijn aangepast: verwacht wordt nu dat het noordoosten en Midwesten van de VS en West-Europa de komende tijd te maken krijgen met extreem winterweer.

Oog op de toekomst

De klimaatverandering is slechts één van meerdere gecompliceerde en deels nog onbegrepen factoren die het zo moeilijk maken om te voorspellen wat deze werveling op een kleine vijftig kilometer hoogte boven het Noordpoolgebied gaat doen.

In de afgelopen dertig jaar is het Noordpoolgebied ongeveer tweemaal zo snel opgewarmd als de rest van de planeet, een fenomeen dat met de term ‘arctische amplificatie’ wordt aangeduid. De opwarming heeft ertoe geleid dat gletsjers zich beginnen terug te trekken en de hoeveelheid pakijs in het gebied sterk is afgenomen, maar ze kan er ook voor zorgen dat de polaire vortex in de stratosfeer minder stabiel wordt, hoewel dat verband volgens wetenschappers nog niet duidelijk is aangetoond.

Francis wijst erop dat de ‘kinken in de kabel’ van de straalstroom die de polaire vortex uit balans hebben gebracht, wellicht krachtiger zijn geworden door de afname van de hoeveelheid pakijs op de Noordpool.

“Door het verlies van al dat ijs worden de wateren rond de Noordpool opgewarmd door een grote hoeveelheid extra zonnewarmte, en die warmte wordt vervolgens weer afgegeven aan de atmosfeer, waardoor in cruciale regio’s grote bellen van warme lucht ontstaan,” zegt zij. “Deze bellen kunnen de noordwaartse uitlopers van de straalstroom groter, krachtiger en langduriger maken, waardoor ook de polaire vortex wordt verstoord.”

Het jaar 2020 wordt samen met 2016 gezien als het warmste jaar dat ooit is gemeten en sluit daarmee het tot nu toe warmste decennium ooit af. Ook op de Noordpool werd een record gemeten: nog nooit dreef daar zó weinig pakijs rond. Toch is er nog veel onderzoek nodig om inzicht te krijgen in de complexe wisselwerking tussen de opwarming van de aarde en de weerpatronen die elk jaar vanaf het Noordpoolgebied naar zuidelijker breedten uitwijken.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com