Do Česka přináší „starou“ zimu. Co se děje, když se rozpadá polární vír

Kdo se alespoň okrajově zajímá o počasí, už nejspíš slyšel o polárním víru, a o tom, že jeho rozpad může přinášet studený arktický vzduch i do středních zeměpisných šířek.

Letos jsme se o tom přesvědčili i v Česku, kdy v důsledku tohoto jevu sevřely naše území na poměry posledních let silné mrazy. A ještě víc to pocítily miliony obyvatel středních a severovýchodních USA.

Znovu se to u nás může projevit i v následujících týdnech, ač pravděpodobně v menší míře.

„Dochází také k částečnému narušení polárního víru, ale ne tak výraznému jako tomu bylo v prosinci. Zda a jak to případně ovlivní počasí i u nás, to se teprve ukáže v dalších týdnech,“ řekl k tomu SZ Martin Adamovský z Českého hydrometeorologického úřadu (ČHMÚ).

Důvody této nejistoty souvisí s tím, že ani moderní předpovědi počasí obecně spolehlivě nedohlédnou na týdny dopředu (o jejich limitech jsme psali nedávno zde). Specificky se polární vír a jeho rozpad nicméně vyjímá tím, že i sám o sobě zůstává částečně nepochopený.

Co o jeho fungování a vlivu na počasí u nás víme? A co naopak ještě ne?

K zasvěcení do problému je nejdřív potřeba vysvětlit dva ústřední pojmy – samotný polární vír a polární tryskové proudění.

Polární vír je systém silných západních větrů ve stratosféře ve výšce mezi 16 až 48 kilometry, který se formuje každou zimu okolo severního pólu (existuje i jižní a dokonce i troposférický vír, ale to pro nás teď není důležité) a „uvězňuje“ ve svých útrobách velké množství studeného vzduchu. Čím silnější vír je, tím bezpečněji je vzduch uvnitř uvězněný a o to nižší je i jeho teplota.

Polární tryskové proudění se formuje v troposféře ve výšce asi 5 až 15 kilometrů. Je situováno dál na jih od pólu a tvoří pomyslnou hranici mezi polárním studeným vzduchem a teplejším vzduchem středních zeměpisných šířek.

Za normálních okolností je polární vír stabilní a počasí v našich zeměpisných šířkách nijak neovlivňuje. Polární tryskové proudění ho v takovém případě naopak ovlivňuje v podstatě na denní bázi a to tak, že reguluje tlakové útvary a drží je na jejich standardním místě.

Názorně toto „normální“ rozpoložení ukazuje následující obrázek:

Změna, která normální fungování naruší, může přijít dvěma způsoby – když je polární vír výjimečně silný, nebo naopak slabý.

V prvním případě silný polární vír „přitahuje“ polární proudění k sobě (tedy k severnímu pólu), což způsobuje teplejší počasí v nižších zeměpisných šířkách, a naopak chladnější teploty v Arktidě.

Mrazy do Evropy a třeba i Severní Ameriky přináší druhá varianta, tedy výjimečně slabý polární vír. Oslabení přitom může s vírem zahýbat hned několika způsoby. Pokud je mírnější, může dojít jen k „rozkymácení“, kdy se ze sevřeného víru stane širší útvar. Někdy ale může i celý vír „sklouznout“ dál od pólu, či se při ještě větším oslabení proudění rozpadnout na víc útvarů nebo dokonce otočit směr.

Třeba takto vypadalo poměrně silné narušení z prosince loňského roku:

Všechny tyto druhy narušení víru přitom ve větší či menší míře většinou způsobují v Arktidě tzv. náhlé stratosférické oteplení. Klíčový moment pro počasí v nižších zeměpisných šířkách, ale přichází až potom.

Až v následujících týdnech totiž může (ač se to nestane úplně vždycky) dojít v důsledku rozpadu víru a následných procesů i ke zvlnění polárního tryskového proudění, čímž vzniknou podmínky vhodné pro průnik teplého vzduchu na sever, zatímco studený arktický vzduch naopak proniká dál na jih, kam se za standardních podmínek nedostává.

Tuto situaci přibližuje následující obrázek:

Jedna věc z něj ale není úplně zřejmá – vliv polárního víru je nepřímý, takže nedochází k tomu, že by k nám studený vzduch putoval až přímo z něj.

„Může to svádět k úvaze, že rozpad polárního víru přináší zimu tak, že ten studený vzduch z něj, tedy až ze stratosféry, sestoupí dolů a na jih až k nám. Tak to ale vůbec není, protože stratosféra je od nižší vrstvy oddělená těžko propustnou bariérou. Zimu přináší to, že se v důsledku rozpadu víru posune tryskové proudění, to posune tlakové útvary a kvůli tomu pak může dojít k nasátí arktického vzduchu, který ale pochází z mnohem nižší výšky, než v jaké proudí polární vír,“ řekl k tomu Michal Kozubek z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR.

V Česku jsme důsledky tohoto jevu pocítili naposled v lednu, který měl z velké části právě kvůli tomu nejnižší průměrnou teplotu od roku 2017.

„Převažovalo studené severovýchodní proudění s častými vpády kontinentálního arktického vzduchu od severovýchodu, což bylo následkem zablokování převažujícího teplejšího proudění z Atlantiku do Evropy. Tento převažující synoptický trend byl způsoben právě výrazným oslabením stratosférického polárního víru vloni na začátku prosince,“ popsal situaci Adamovský.

Přestože v základu vědci mechanismu rozumí dobře už dlouho, v detailech jim zůstávají i v době satelitů a počítačů možná až překvapivé mezery. Vědci totiž dosud přesně neví, co všechno se děje mezi rozpadajícím se polárními vírem a následnými pohyby polárního tryskového proudění, a jak přesně to vzájemně funguje.

Vedle nesmírné komplexnosti celého procesu se spoustou zpětných vazeb (to je charakteristické prakticky pro veškeré dění v atmosféře) je to dáno hlavně nedostatkem dat.

„My sice dokážeme velice přesně měřit dění v troposféře, ale ve stratosféře už je to horší, protože tam jsme v přímém měření odkázání na sondy a raketové výstupy, které ale nepřináší kontinuální přehled,“ popisuje Kozubek.

Sondy nebo jakékoliv měřící přístroje je totiž ve stratosféře technicky velmi těžké udržet.

„Balony tou vrstvou jen proletí, ale neudrží se tam. Můžete tam poslat letadlo, ale to také vydrží v řádu hodin, než mu dojde palivo. Vyvíjí se nějaké kluzáky či balony, které ve správné výšce a oblasti mají vydržet i měsíce a kontinuálně měřit. To by byl velký posun, ale zatím se to nepodařilo,“ pojmenoval vědec hlavní kámen úrazu.

Částečně tento problém samozřejmě pomáhají řešit satelity, které dokáží ve stratosféře dobře měřit například teplotu a poskytnout i další cenné informace, ale třeba vítr už nezměří. Vědci to řeší tak, že na základě všech dostupných dat vytváří modely pravděpodobného dění, ale ani to pořád úplně nestačí.

„Z troposféry můžeme mít výstupy přímo z měření třeba i co minutu. Ze stratosféry ty informace ale máme, a to i když počítáme výstupy reanalýz, třeba co hodinu, takže se nedostaneme do těch nejmenších detailů. A právě ty můžou hrát roli, jak stratosféra s troposférou interaguje,“ dodal expert.

Překážkou tedy je technický problém, o kterém se sice nedá říct, že by byl vysloveně neřešitelný, ale na druhou stranu nejde o tak tíživou věc, aby to přitáhlo potřebné investice, takže výsledkem je, že progres je pomalý.

Další neznámou kolem polárního víru je trend výskytu jeho rozpadů.

To znamená, že se rozpad polárního víru nedá předpovídat s delším předstihem než jsou týdny. Nikdo neví, jestli se dá třeba za rok čekat, že pravděpodobnost výskytu toho jevu bude vyšší, nebo naopak nižší než letos. Musí se počkat až na klasické předpovědi počasí, které první signály o možném rozpadu začnou zachycovat s předstihem v řádech maximálně týdnů.

Pořád také nevíme, jestli má na frekvenci výskytu tohoto jevu vliv změna klimatu a s ní související oteplování Arktidy.

Vědci sice pracují s hypotézou, že by oteplování mohlo přispívat k častějším rozpadům víru, zatím nicméně nedošli dál než k tomu, že hypotéza v zásadě dává smysl, ale pozorování ani modely jí přesvědčivě nepotvrzují.

U pozorování to sice může být tím, že není dost dlouhé, avšak i modely, které se snaží vliv změny klimatu odhalit tak, že nasimulují pokračování oteplování a zkoumají, zda se přesvědčivý efekt neukáže „v budoucnosti“, opakovaně dochází k protichůdným výsledkům.

S nejvyšší pravděpodobností je to tedy tak, že se vliv změny klimatu na frekvenci rozpadu polárního víru zatím buď vůbec neprojevuje, anebo se projevuje tak málo, že to není průkazné.

Jak to bude dál, se neví. Pro otázku, jak budou vypadat budoucí zimy u nás, to ale vlastně není až tak důležité.

I když by se rozpad polárního víru stal o něco méně vzácným, těžko to může „přebít“ celkový efekt dlouhodobého oteplení, který na rozdíl od víru působí každý den a neustále se zvyšuje.

Rozpad polárního víru je významnou součástí tzv. přirozené variability, v jejímž rámci se náhodně střídají teplejší a studenější roky. Změna klimatu ale posouvá základní laťku a způsobuje, že i ty chladnější roky jsou nyní o něco teplejší než studenější sezony minulosti.

Vypovídá o tom dlouhodobý průměr teplot, ale svým způsobem to ukázala i právě letošní sezona. Když se totiž podíváme na leden, tak uvidíme, že ten dostal z hlediska přirozené variability „nadělené“ ideální podmínky pro chladné počasí. I tak ale nebyl ani zdaleka tak studený, jako byly chladnější ledny v minulém století.

Přirozená sezonní variabilita tedy jinými slovy rozhoduje o tom, jestli k nám bude proudit spíš studený, nebo teplý vzduch. Změna klimatu ale způsobuje, jak studený a jak teplý ten vzduch je.

„V lednu k nám sice často proudil chladný vzduch od severu, ale jeho teploty na našem území nebyly tak nízké jako v minulosti. Tedy i přesto, že těch severních chladných epizod bylo hodně, tak vlastně se zatím o žádný extrém vůbec nejedná. Tradičně by měly teploty alespoň jednou za zimu klesnout k -17 až -20°C po celém území, ale k tomu jsme měli na mnoha místech hodně daleko,“ řekl k tomu klimatolog Pavel Zahradníček z Ústavu výzkumu změny klimatu AV ČR.