Wenn die Atmosphäre plötzlich wie eine zerbrochene Schale wirkt, kann dies auf die Ankunft von extrem kaltem Wetter hindeuten, das die Temperaturen tief unter die Marke von -20 °C drücken kann. Der arktische Luftstrom ist erheblich, jedoch bleibt er größtenteils das ganze Jahr über am Nordpol, wo er von kräftigen arktischen Winden umgeben wird. Diese Winde bilden eine Art Mauer, die kalte Luftströme davon abhält, sich in südliche Regionen auszubreiten. Dieses Phänomen ist bekannt als der Polarwirbel, der gelegentlich auch in Mitteleuropa zu spüren ist.
Was ist der Polarwirbel?
Der Polarwirbel kann als ein Ring starker Westwinde beschrieben werden, der im Winter kalte polare Luft um den Pol zirkuliert. Er entsteht als Teil der allgemeinen atmosphärischen Zirkulation und ist in seiner Größe unvergleichlich mit anderen Wirbelphänomenen auf unserem Planeten.
Entstehung des Polarwirbels
Im Winter erleben die Polarregionen eine Polar-Nacht, während der die Sonne für mehrere Wochen oder sogar Monate nicht aufgeht. Dies führt dazu, dass sich die Luft über den Polarregionen stark abkühlt. In niedrigeren Breiten ist die Stratosphäre deutlich wärmer, was einen scharfen Temperaturunterschied zwischen der wärmeren Luft in niedrigen Breiten und der kälteren Polarluft schafft. Diese Unterschiede in der Temperatur provozieren atmosphärische Bewegungen.
Warme Luft strömt von den Tropen in Richtung des Pols, wird jedoch durch die Erdrotation nach rechts auf der Nordhalbkugel und nach links auf der Südhalbkugel abgelenkt. Je näher diese Strömung dem Nordpol kommt, desto ausgeprägter ist dieser Effekt. Dies resultiert in einem Band kräftiger Westwinde, bekannt als der polare Jetstream, der um die kalte Luft über den Polarregionen weht. Dieser Wind wird als stratosphärischer Polarwirbel bezeichnet, welcher von der Troposphäre bis zu einer Höhe von 60 km reicht.
Darüber hinaus gibt es den troposphärischen Polarwirbel, der essenziell den Jetstream oder Hochgeschwindigkeitsluftstrom beschreibt. Hierbei handelt es sich um die Grenzfläche zwischen kalter Polar- und wärmerer Mittelbreitenluft in der oberen Troposphäre, die sich in Höhenlagen von 7 bis 18 km über der Erdoberfläche befindet. Der Wind in dieser Zone kann Geschwindigkeiten von über 350 km/h erreichen.
Stabilität und Schwächung des Polarwirbels
Wenn die Temperaturen am Nordpol signifikant kälter sind als in niedrigeren Breiten, ist der Ring der Westwinde, also der Polarwirbel, stark und stabil. In diesem Zustand tendiert der troposphärische Jetstream dazu, sich näher an die Pole zu bewegen und weniger Wellenbewegungen zu zeigen. Das Resultat ist eine Beibehaltung der kalten Luft über den Polarregionen und vergleichsweise milde Winter in den mittleren Breiten ohne ausgeprägte Kälteperioden.
Bei einer signifikanten Schwächung oder gar Aufspaltung des stratosphärischen Polarwirbels kann die westliche Zirkulation in der Stratosphäre gestört werden. Diese westlichen Winde können schwächer werden oder sich sogar temporär in östliche Winde umkehren. Dabei kann der Polarwirbel beginnen, sich vom Pol zu verschieben oder sich in Fragmente zu teilen, was zu wellenförmigen Bewegungen im troposphärischen Jetstream führt. Dies begünstigt die rasche Zufuhr kalter Polarluft in die mittleren Breiten, wobei Nordamerika und Kanada häufig betroffen sind, aber auch Mitteleuropa gelegentlich unter diesem Einfluss leidet.
Ursachen für die Schwächung des Polarwirbels
Eine der häufigsten Störungen des Polarwirbels sind starke planetarische Rossby-Wellen, die durch die Erdrotation hervorgerufen werden. Diese Wellen stehen im Zusammenhang mit der Brewer-Dobson-Zirkulation, der Hauptzirkulation der Luft in der Stratosphäre. Eine sehr starke Aktivität der Rossby-Wellen kann zu intensiveren absteigenden Luftbewegungen über den Polarregionen führen, was plötzliche atmosphärische Erwärmungen zur Folge hat und damit den Polarwirbel schwächt.
Dies verdeutlicht, dass bei der Entstehung von Wetterphänomenen alles miteinander verbunden ist. Auch frontale Störungen, die aus dem Westen aufziehen, hängen mit diesen Rossby-Wellen zusammen. Ein signifikantes Schwächen des Polarwirbels wurde beispielsweise um das Jahr 2010 beobachtet, was mit extrem kalten Wintern in Mitteleuropa, einschließlich starker Schneefälle und Temperaturen unter -20 °C, einherging.
Aktuelle Stabilität des Polarwirbels
In den letzten Tagen gab es Berichte über eine Schwächung oder sogar einen Bruch des Polarwirbels. Sollte dies zutreffen, wäre dies ein Indiz für den Eintritt kälterer Wetterbedingungen in den Nordosten Nordamerikas und den Mittleren Westen, sowie die Nordebene, besonders während des Dezembers. Ob es auch in Mitteleuropa zu einer Abkühlung kommen wird, bleibt vorerst ungewiss. In Bezug auf das Wetter in Mitteleuropa sind die mittelfristigen Vorhersagen von großer Unsicherheit geprägt, was das Wettergeschehen betrifft.
