Tämän talven yksi mielenkiintoisimmista säätapahtumista on toteutumassa korkealla yläilmakehässä tällä viikolla. Stratosfäärin polaaripyörre, toiselta nimeltään napapyörre, on hajoamassa. Lännestä itään kiertävä polaariyön suihkuvirtaus heikkenee ja kääntyy keskiarvoltaan itäiseksi. Tällä ilmiöllä voi olla vaikutuksia kevättalven säähän, vaikka varmaa se ei vielä ole.

Polaaripyörre muodostuu joka talvi napa-alueiden ylle stratosfääriin, noin 30 km korkeudelle. Kaamoksen pimeydessä lämpötila laskee pyörteen keskustassa säteilyjäähtymisen seurauksena jopa -90°C asteeseen. Suuri lämpötilaero polaaripyörteen ja tropiikin välillä muodostaa voimakkaan suihkuvirtauksen, eli polaariyön jetin, jossa länsivirtaus puhaltaa jopa yli 100 m/s. Tämä suihkuvirtaus sijaitsi erityisen voimakkaana Suomen yllä tammikuussa: Jokioisista lähetetty sääpallo mittasi jopa 130 m/s puhaltavan tuulen 30 km korkeudella. Polaaripyörre on siis jokatalvinen ilmiö, joka muodostuu myös Etelämantereen ylle silloin kuin me vietämme kesää. 

Polaaripyörre voimistuu syyskuusta eteenpäin ja saavuttaa huippunsa yleensä vuodenvaihteen tienoilla. Keskimäärin noin joka toinen talvi polaaripyörre kuitenkin hajoaa melko yllättäen kesken talvikauden. Hajoamisen yhteydessä stratosfäärin lämpötila nousee äkisti. Tästä johtuen polaaripyörteen hajoamisesta käytetään nimitystä Sudden Stratospheric Warming eli SSW. Viimeksi tällainen ilmiö tapahtui tammikuussa 2021.

Polaaripyörteen hajoaminen on yksi ilmastojärjestelmän vaikuttavimmista luonnollisista ilmiöistä, eikä suotta: yläilmakehän lämpötila voi polaariyön pimeydessä äkisti nousta jopa 50 astetta ja pyörrettä kiertävä itä-länsisuuntainen suihkuvirtaus kääntyy keskimäärin länsituulesta itäiseksi.

Kuva 1. Polaaripyörteen voimakkuus tänä talvena 2022/2023 (punainen viiva) ja viime talvena 2021/2022 (sininen viiva). Musta viiva kertoo keskimääräisen voimakkuuden talvina 1979/1980-2021/2022. Oranssi viiva kuvaa ennustetta.

Tutkijoiden keskuudessa vakiintunut tapa esittää polaaripyörteen voimakkuus on kuvata 60°N leveyspiirin kohdalta ja 10 hPa korkeudelta suihkuvirtauksen eli polaariyön jetin keskimääräistä voimakkuutta. Kun polaaripyörre on voimakas, sitä kiertävä länsituuli voi olla useita kymmeniä metrejä sekunnissa. Toisaalta jos polaaripyörre hajoaa, länsituulen voimakkuus voi muuttua negatiiviseksi, eli keskimääräinen tuuli stratosfäärissä 60°N leveyspiirin kohdalla puhaltaakin idästä länteen (kuva 1, oranssi viiva). 

Hajoaminen voi tapahtua joko siten että a) polaaripyörre siirtyy syrjään napa-alueiden yltä (tästä käytetään nimeä displacement) tai b) pyörre jakaantuu kahtia (split).

Kirjallisuudessa vakiintunut määritelmä polaaripyörteen hajoamiselle eli SSW:lle on 10 hPa:n keskimääräisen länsituulen 60°N kohdalla kääntyminen itäiseksi eli negatiiviseksi. Tiedän, on eräällä tavalla harhaanjohtavaa että sääilmiö jonka nimi on stratosfäärin äkkilämpeneminen määritellään tuulen perusteella. Mutta koska lämpeneminen ja tuulen voimakkuus ovat fysiikan lakien mukaan sidoksissa toisiinsa, näin voidaan tehdä. Jossain yhteyksissä puhutaan vielä Major SSW:stä ja Minor SSW:stä, joista Major SSW on nimenomaan tilanne missä keskimääräinen länsivirtaus muuttuu negatiiviseksi. Minor SSW on sen sijaan varattu lämpenemistapahtumille joissa länsivirtaus ei aivan pysähdy. 

Ennusteen mukaan 16. helmikuuta 2023 keskimääräiset länsituulet kääntyisivät itäiseksi eli SSW:n “virallinen” määritelmä täyttyisi (kuva 2). Tällä kertaa kyseessä on Displacement SSW eli polaaripyörre siirtyy heikentyen voimakkaan Aleuttien korkeapaineen avustaessa pois napa-alueilta Fennoskandian ylle.

Kuva 2. Ennuste polaaripyörteestä 16.2.2023. Pyörteen keskusta (kuvassa L) on siirtynyt Suomen ylle voimakkaan korkeapaineen (H) työntäessä vastakkaiselta puolelta. Keskimääräinen länsivirtaus 60°N leveyspiirin kohdalla (U60N) on muuttunut negatiiviseksi eli itäiseksi (kuvan oik. alareuna). Samanaikaisesti lämpötila napa-alueiden yllä nousee. Kuvan lähde: Berliinin yliopisto.

Yleisesti on tiedossa, että polaaripyörteen hajoamiset ovat yhteydessä keskimääräistä kylmempään säätyyppiin Pohjois-Euraasiassa ja Pohjois-Amerikassa (kuva 3). Toisaalta on myös havaittu että displacement-tyypin SSW:issä vaikutukset maanpintaan tulevat yleensä pidemmällä viiveellä ja tapaavat olla heikompia kuin split-tyyppisissä SSW:issä. Tosin vaihtelu tapauksesta toiseen on suurta. Usein mainittu esimerkki SSW:n vaikutuksista on helmikuun 2018 kylmyysaalto “Beast from the East” joka seurasi muutamaa viikkoa aikaisemmin tapahtunutta Split SSW:tä. On kuitenkin hyvä huomata että vuoden 2018 kylmyysaalto Pohjois-Euroopassa oli monessakin suhteessa melko äärimmäinen tilanne, eikä edusta keskimääräisiä SSW:n vaikutuksia. 

Kuva 3. Keskimääräinen lämpötilan poikkeama normaalista 0-30 päivää polaaripyörteen hajoamisen jälkeen. Kuva sisältää noin 20 eri polaaripyörteen hajoamista vuosina 1979-2014. Pohjois-Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa on tyypillisesti tavallista kylmempää. Kuvan lähde: Butler et al. (2017), A sudden stratospheric warming compendium.

Tällä kertaa SSW:n vaikutusten leviäminen stratosfääristä troposfäärin puolelle näyttää tulevan pidemmällä viiveellä. Tyypillinen vaikutus on Pohjois-Atlantin Oskillaation (NAO) sekä Arktisen Oskillaation (AO) kääntyminen negatiiviseksi, kun Grönlannin ja napa-alueiden ylle muodostuu korkeapaine. Toistaiseksi kuitenkaan säämallit eivät ole antaneet tästä viitteitä kuin ehkä vasta maaliskuun puolella. Koska kyseessä on Displacement-tyyppinen SSW, onkin odotettua että vaikutukset leviävät hitaammin ja voivat olla myös heikompia kuin keskimäärin.

Vaikka helmikuu tuleekin todennäköisesti päättymään lauhana, polaaripyörteen hajoamisen vuoksi on mahdollista että maaliskuussa saadaan vielä talvinen ja korkeapaineinen pakkasjakso. Lopuksi varoituksen sana: polaaripyörteen hajoaminen ei kuitenkaan aina takaa negatiivista NAO/AO:a ja kylmää säätyyppiä. Historiasta löytyy lukuisia esimerkkejä siitä miten SSW:n vaikutukset (eli lähinnä negatiivinen AO ja siten heikommat länsivirtaukset) eivät ole kunnolla laskeutunut stratosfääristä troposfääriin. On myös mahdollista että mahdollisesti syntyvä napa-alueiden korkeapaine asemoituu siten että kylmä ilmavirtaus ei osu juuri Suomeen tai Fennoskandiaan. Jäämme seuraamaan tilannetta!