Σπάνιες διαταραχές στη στρατόσφαιρα πάνω από την Ανταρκτική και επιστημονική έρευνα

Φέτος υπήρξε ένα “παραξενος” χειμώνας στην ατμόσφαιρα πάνω από την Ανταρκτική. Περίπου 30 χιλιόμετρα πάνω από την παγωμένη επιφάνεια της ηπείρου, στο στρώμα που είναι γνωστό ως στρατόσφαιρα, πραγματοποιήθηκε μια σειρά αξιοσημείωτων αυξομειώσεων της θερμοκρασίας που ξεκίνησε τον Ιούλιο του 2024. Πολλά ρεκόρ θερμοκρασιών που σημειώθηκαν στο Νότιο Ημισφαίριο στην επιφάνεια , που δεν αποκλείεται να συνδέονται με αυτές τις ανωμαλίες των θερμοκρασιών στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Οι θερμοκρασίες του Ιουλίου στη στρατόσφαιρα πάνω από την Ανταρκτική κυμαίνονται συνήθως γύρω από τους -80 βαθμούς Κελσίου. Στις 7 Ιουλίου, οι θερμοκρασίες στη μέση της στρατόσφαιρας αυξήθηκαν 15 ° C , θέτοντας ένα ρεκόρ για τις υψηλότερες θερμοκρασίες του Ιουλίου που παρατηρήθηκαν στη στρατόσφαιρα στην περιοχή της Ανταρκτικής. Η θερμοκρασία στη συνέχεια έπεσε στις 22 Ιουλίου,  για να ακολουθήσεις στη συνέχεια άνοδος της τάξεως των 17 ° C  στις 5 Αυγούστου. Αυτά τα ξαφνικά στρατοσφαιρικά γεγονότα θέρμανσης εξέπληξαν τους ατμοσφαιρικούς επιστήμονες στη NASA. Πριν όμως αναφερθούμε στο πρόσφατο άρθρο της ΝΑSA ας δούμε τι διαδικασίες συμβαίνουν στην τροπόσφαιρα αλλά και στη στρατόσφαιρα .

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Ο ΠΟΛΙΚΟΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΚΑΙ Η ΑΙΦΝΙΔΙΑ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ

Ο πολικός στρόβιλος (αναφέρεται και ως πολική δύνη) είναι μία επίμονη μεγάλης κλίμακας κυκλωνική κυκλοφορία του ατμοσφαιρικού αέρα, η οποία παρατηρείται στα μέσα και ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας. Το κέντρο αυτής της κυκλοφορίας εντοπίζεται πάνω από τους πόλους του πλανήτη μας. Στην περίπτωση της Αρκτικής, ο πολικός στρόβιλος είναι συνήθως ασύμμετρος και χαρακτηρίζεται από την παρουσία μίας σκάφης (επιμηκυμμένη περιοχή χαμηλών γεωδυναμικών υψών) πάνω από την ανατολική Β. Αμερική. Θα πρέπει να σημειωθεί πως ο πολικός στρόβιλος είναι ένας τύπος κυκλοφορίας του οποίου το “αποτύπωμα” είναι ορατό μόνο στην ανώτερη ατμόσφαιρα (τυπικά πάνω από τα 5 km) και σε καμία περίπτωση στην επιφάνεια. Ο πολικός στρόβιλος της Αρκτικής χαρακτηρίζεται από την παρουσία ισχυρών δυτικών ζωνικών ανέμων στα μεσαία και ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας και της  στρατόσφαιρας (περιστροφή με φορά αντίθετη από αυτή των δεικτών του ρολογιού, θεωρώντας ότι βλέπουμε την τομή του Β. πόλου). Εξαιτίας της παρουσίας του στροβίλου, το στρώμα του ατμοσφαιρικού αέρα επάνω ακριβώς από την περιοχή του πόλου απομονώνεται και αναπτύσσει εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, η θερμοκρασία της στρατόσφαιρας στο ύψος των 10 hPa μπορεί να πέσει ακόμα και στους -70 με -80ο

Η αιφνίδια ατμοσφαιρική θέρμανση (ΑΣΘ)  προκαλείται από την αλληλεπίδραση μεταξύ της ζωνικής κυκλοφορίας της πολικής στρατόσφαιρας (πολικός στρόβιλος) και κατακόρυφα κινούμενων πλανητικών κυμάτων της τροπόσφαιρας. Υπό “φυσιολογικές” συνθήκες, η ζωνική ροή του πολικού στροβίλου είναι αρκούντως ισχυρή ώστε αυτά τα πλανητικά κύματα να ανακλώνται και να ανακατευθύνονται προς τον ισημερινό. Παρόλα αυτά, η διαρκής αλληλεπίδραση του πολικού στροβίλου με τέτοιου είδους κύματα είναι δυνατόν να οδηγήσει σε σταδιακή εξασθένιση της ζωνικής ροής. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, ένα ισχυρό πλανητικό κύμα της τροπόσφαιρας που κινείται κατακόρυφα, διεισδύοντας στην κατώτερη στρατόσφαιρα, είναι δυνατόν να οδηγήσει σε εκτόπιση του πολικού στροβίλου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μεταφορά θερμότερων αερίων μαζών από τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη προς την Αρκτική (πολλές φορές με βίαιο τρόπο), οπότε και λαμβάνει πλέον χώρα το φαινόμενο της ΑΣΘ.

Το ίδιο φαινόμενο δημιουργείται και στο Νότιο Ημισφαίριο , που θα αναπτύξουμε παρακάτω. 

Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Μετεωρολογικό Οργανισμό  (WMO) , ένα επεισόδιο ΑΣΘ ταυτοποιείται όταν παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας στα 10 hPa (μέση στρατόσφαιρα) καθώς κινούμαστε από το γεωγραφικό πλάτος των 65 μοιρών βόρεια προς την Αρκτική. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η θετική αυτή θερμοβαθμίδα να διατηρείται για 5 συνεχείς ημέρες. Αυτή θεωρείται μία “μικρή” ΑΣΘ. Εάν επιπρόσθετα, παρατηρηθεί και στροφή της ζωνικής ροής από δυτική σε ανατολική διεύθυνση (πολικός στρόβιλος στρεφόμενος κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού) για 5 συναπτές ημέρες, τότε η ΑΣΘ χαρακτηρίζεται ως ισχυρή .

Η ΦΕΤΙΝΗ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΣΤΗΝ ΑΝΤΑΡΚΤΙΚΗ

Οι δυτικοί άνεμοι στη στρατόσφαιρα γύρω από το νότιο πόλο το χειμώνα, κινούμενοι περίπου 300 χιλιόμετρα (200 μίλια) την ώρα, σχηματίζουν και στο Νότιο Ημισφαίριο την πολική δίνη. Αλλά μερικές φορές όπως αναφέραμε παραπάνω συμβαίνει να υπάρχει κάτι που να διαταράσσει αυτή τη συμμετρική ροή , προκαλώντας την αποδυνάμωση των ανέμων και τη ροή να αλλάξει το σχήμα. Αντί να κυκλοφορούν οι άνεμοι γύρω από το νότιο πόλο, η μορφή του στροβίλου γίνεται επιμήκης και οι άνεμοι εξασθενούν. Η κατάσταση αυτή οδηγεί σε στρατοσφαιρική θέρμανση πάνω από την Ανταρκτική και αυτό συνέβη και φέτος στο Νότιο Ημισφαίριο.

Οι παραπάνω χάρτες δείχνουν θερμοκρασίες αέρα στη μεσαία στρατόσφαιρα (σε υψόμετρο περίπου 30 χιλιομέτρων για τις 5 Αυγούστου 2023 (αριστερά) και στις 5 Αυγούστου 2024 (δεξιά). Η επιμήκυνση του πολικού στροβίλου και οι υψηλότερες θερμοκρασίες πιο κοντά στον πόλο είναι εμφανείς στον χάρτη του 2024. Τα δεδομένα για τους χάρτες προέρχονται από το μοντέλο GEOS Forward Processing (GEOS-FP) της NASA, το οποίο εξομοιώνει μετεωρολογικά δεδομένα από συστήματα δορυφορικών, αεροσκαφών και εδάφους.

Ο διπλανός χάρτης δείχνει πιθανή στροβιλότητα – μια ποσότητα που περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο περιστρέφονται οι μάζες του αέρα στην στρατόσφαιρα στις 5 Αυγούστου 2024.

Οι περιοχές υψηλού δυναμικού στροβιλισμού εμφανίζονται κίτρινες και έχουν κυκλοφορία δεξιόστροφα. Οι περιοχές χαμηλού δυναμικού στροβιλισμού εμφανίζονται μοβ και έχουν κυκλοφορία αριστερόστροφα.

Η πολική δομή του στροβίλου έχει επιμηκυνθεί και αποδυναμωθεί και η ροή του ανέμου διαμορφώθηκε σαν ένα φυστίκι αντί για το συνηθισμένο κυκλικό μοτίβο του.

Σε αντίθεση με την Αρκτική, η οποία βιώνει ξαφνικά στρατοσφαιρικά γεγονότα θέρμανσης περίπου μία φορά το χρόνο, η πολική δίνη στο νότιο ημισφαίριο είναι συνήθως πολύ λιγότερο ενεργή. Τα ξαφνικά γεγονότα θέρμανσης συμβαίνουν στην Ανταρκτική μία φορά κάθε πέντε χρόνια περίπου, πολύ λιγότερο συχνά από την Αρκτική.

Ο λόγος για αυτό,  είναι πιθανό ότι υπάρχει περισσότερο έδαφος στο βόρειο ημισφαίριο που μπορεί να διαταράξει τη ροή του ανέμου στην τροπόσφαιρα – το στρώμα του αέρα που βρίσκεται κοντά στο έδαφος .

Αυτά τα συστήματα τροποσφαιρικού καιρού μεγάλης κλίμακας κινούνται προς τα πάνω στη στρατόσφαιρα και διαταράσσουν την πολική δίνη. Ο καιρός στην τροπόσφαιρα της Ανταρκτικής ήταν επίσης ασυνήθιστος τον φετινό Ιούλιο. Οι θερμοκρασίες άνω των 4 ° C  άνω του μέσου όρου κάλυπταν μεγάλα τμήματα της Ανταρκτικής.

Ωστόσο, ο Newman σημείωσε ότι ο καιρός που βιώνουν οι άνθρωποι στην τροπόσφαιρα – συμπεριλαμβανομένης της χιονοθύελλας του Ιουλίου στην Αυστραλία – δεν μας οδηγεί σε σαφή συμπεράσματα  για τα αίτια που προκάλεσαν αυτά τα γεγονότα . 

Οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν την προέλευση των διαταραχών στην επιφάνεια που καταλήγουν να διαταράσσουν τη στρατόσφαιρα. “Οι παραλλαγές στις θερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας και στον πάγο της θάλασσας μπορούν να διαταράξουν αυτά τα συστήματα καιρού μεγάλης κλίμακας στην τροπόσφαιρα που διαδίδονται προς τα πάνω”, δήλωσε ο Newman. Πάντως στην Ανταρκτική, το «σπάσιμο» των πολικών στροβίλων είναι πιο συχνό, συνήθως δύο χρόνια μετά την έκρηξη ενός μεγάλου ηφαιστείου.

Τα ηφαίστεια, εκλύουν διοξείδιο του θείου, το οποίο παγιδεύεται σε παγοκρυστάλλους μέσα στους θυσάνους, τα ανώτερα «γραμμωτά» νέφη της τροπόσφαιρας. Η τροπόσφαιρα όμως «συνομιλεί» με τη στρατόσφαιρα», και οι παγοκρύσταλλοι αυτοί μπορούν να περάσουν στα ανώτερα στρώματα. Εκεί το νερό βρίσκεται σε υπέρτηξη – δηλαδή από τους -50 βαθμούς Κελσίου που ήταν στην τροπόσφαιρα, στη στρατόσφαιρα μπορεί να «πέσει» στους -80 , με αποτέλεσμα την άνοιξη, καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει, να λειώνει απελευθερώνοντας στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας το διοξείδιο του θείου, το οποίο αντιδρά με το όζον το οποίο το καταστρέφει.

Δεν αποκλείεται όλο αυτό το καιρικό μοτίβο να συνδέεται και με την έκρηξη του Ηφαιστείου Tonga πριν δύο χρόνια (διαβάστε το πρόσφατο άρθρο). 

Αλλά η πλήργης εξήγηση γιατί τα συστήματα αυτά αναπτύσσονται με αυτόν τον τρόπο είναι πραγματικά δύσκολο να γίνει. Μέσα στη στρατόσφαιρα, οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι τα ξαφνικά συμβάντα θέρμανσης συνδέονται με υψηλότερες συγκεντρώσεις όζοντος πάνω από την Ανταρκτική. Φέτος όμως οι συγκεντρώσεις δεν ήταν μεγάλες .  Μέχρι στιγμής το 2024, η τρύπα του όζοντος πάνω από το νότιο ημισφαίριο ήταν μικρότερη από το συνηθισμένο και αυτό διακρίνεται τόσο στον χάρτη όσο και στο παραπάνω διάγραμμα.

Ο δρόμος της έρευνας  είναι μακρύς ακόμη .

Πηγή : Image of the Day for September 3, 2024 NASA- Earth Observatory