Zašto postoje dva polarna vrtloga i što to znači za ekstremne vremenske prilike
Siječanj 2014. godine obilježio je početak jedne od najhladnijih zima u novijoj povijesti istočnih Sjedinjenih Država.Temperature su padale daleko ispod uobičajenih vrijednosti, a mediji su ubrzo pronašli krivca — polarni vrtlog. No ono što je uslijedilo bio je pravi komunikacijski kaos: termin je “preuzeo život” mimo svoje znanstvene definicije, a javnost, pa čak i dio stručne zajednice, počeo je koristiti izraz na način koji nije sasvim odgovarao stvarnosti i znanstvenoj preciznosti. Uskoro je termin odjeknuo poput “bombe” i “prešao granice” SAD, te je tako danas jedan od najkorištenijih meteo-termina u medijima tijekom hladnijeg dijela godine. Usudit ćemo se reći – potpuno bez razloga.
U ovom tekstu pokušat ćemo razjasniti što polarni vrtlog doista jest, zašto zapravo postoje dva zasebna polarna vrtloga, te kako su povezani s ekstremnim vremenskim prilikama koje povremeno zahvaćaju srednje zemljopisne širine.
Dva vrtloga, a ne jedan
Kada u meteorološkoj literaturi naiđemo na pojam polar vortex, on se najčešće koristi kao skraćenica za circumpolar vortex — planetarnu zapadnu cirkulaciju koja okružuje pol u srednjim i visokim geografskim širinama. No ono što se rijetko ističe jest činjenica da u Zemljinoj atmosferi postoje dva bitno različita polarna vrtloga: jedan u troposferi i drugi u stratosferi (Waugh i sur., 2017).
Ova distinkcija nije trivijalna. Troposferski i stratosferski polarni vrtlog razlikuju se po svojoj strukturi, sezonalnosti, dinamici i utjecaju na vrijeme pri tlu. Zamislimo to ovako: troposferski vrtlog je poput širokog, plitkog bazena koji postoji cijele godine, dok je stratosferski vrtlog duboka, uska “bušotina” koja se formira tek tijekom jeseni i zime, a potom se raspada u proljeće kada Sunčeva svjetlost ponovno dosegne polarna područja.
Stratosferski polarni vrtlog
Znanje o cirkumpolarnim zapadnim vjetrovima u stratosferi seže u kasne 1940-e godine (Scherhag, 1948; Gutenberg, 1949). Izraz polar vortex počeo se u znanstvenim krugovima redovito koristiti krajem 1950-ih i tijekom 1960-ih.
Snažni cirkumpolarni zapadnjaci koji definiraju stratosferski polarni vrtlog dosežu maksimum na otprilike 60° geografske širine, od područja neposredno iznad tropopauze (oko 100 hPa) pa sve do mezosfere (iznad 1 hPa). Vrtlog se može definirati na temelju koherentne regije niskog geopotencijalnog polja koje je okruženo zapadnim vjetrovima, ali većina suvremenih istraživanja definira ga kroz područje visoke potencijalne vrtložnosti (engl. potential vorticity, PV).
Potencijalna vrtložnost proporcionalna je umnošku vrtložnosti (mjere brzine rotacije česti zraka) i stratifikacije (mjere tendencije česti zraka da se vrate u početni položaj nakon vertikalnog pomaka). PV ima nekoliko korisnih svojstava za razumijevanje dinamike vrtloga: materijalno je očuvan za strujanje bez dijabatskog grijanja ili trenja, a gradijenti PV-a na rubu vrtloga osiguravaju povratni mehanizam za propagaciju Rossbyjevih valova — temeljnih niskofrekventnih poremećaja u vantropskoj troposferi i stratosferi.
Stratosferski polarni vrtlog nastaje svake zime kao posljedica velikih temperaturnih gradijenata između srednjih širina i pola. Formira se u jesen kada polarna područja ne primaju Sunčevu svjetlost, jača tijekom zime, a zatim se raspada u proljeće kada se Sunčeva energija vraća. Rossbyevi valovi pobuđeni u troposferi propagiraju se u stratosferu i perturbuju vrtlog, slabe ga i deformiraju njegov inače kružni oblik.
Veći topografski i kopneno-morski kontrasti na sjevernoj hemisferi generiraju snažnije valove koji propagiraju prema gore nego na južnoj hemisferi, zbog čega je sjeverni stratosferski vrtlog slabiji i više deformiran od svog južnog pandana. To također uzrokuje veću vremensku varijabilnost sjevernog vrtloga, uključujući takozvana nagla stratosferska zatopljenja (engl. sudden stratospheric warmings, SSW) — nagle poraste polarnih temperatura i raspad stratosferskog vrtloga usred zime. SSW događaji javljaju se u prosjeku otprilike jednom svake dvije godine na sjevernoj hemisferi (Charlton i Polvani, 2007), dok je na južnoj hemisferi zabilježen samo jedan takav događaj — u rujnu 2002. godine.
Troposferski polarni vrtlog
Iako je meteorološka literatura o troposferi znatno opsežnija od one o stratosferi, pojam polar vortex puno je rjeđi u troposferskoj literaturi. Ipak, najraniji znanstveni radovi koji opisuju troposfersko cirkumpolarno strujanje kao vrtlog jednako su stari kao i oni koji opisuju stratosferski vrtlog — datiraju iz kasnih 1940-ih i ranih 1950-ih (Rossby i Willett, 1948; LaSeur, 1954).
Rub troposferskog vrtloga obično se definira pomoću specificiranih kontura geopotencijalne visine na razinama tlaka od 300 ili 500 hPa, koje tipično leže unutar jezgre zapadnjaka. Rub vrtloga općenito se nalazi između 40° i 50° sjeverne geografske širine. Na mjesečnim ili duljim vremenskim skalama troposferski vrtlog obično ima jedan ili dva centra, no na dnevnim skalama može imati nekoliko centara.
Klimatološki zimski vrtlog sjeverne hemisfere ima dva centra: jedan blizu otoka Baffin i drugi nad sjeveroistočnim Sibirom — povezani s islandskom i aleutskom prizemnom ciklonom. Slična asimetrija obično se ne nalazi u klimatološkom vrtlogu južne hemisfere.
Za razliku od stratosferskog vrtloga koji postoji samo od jeseni do proljeća, troposferski polarni vrtlog postoji tijekom cijele godine.
Povezanost s ekstremnim vremenskim prilikama
Iako su troposferski i stratosferski polarni vrtlog jasno odijeljeni, oni mogu imati interakciju u određenim okolnostima, a oba vrtloga mogu biti pod utjecajem istih velikoskalnih valnih događaja. Nadalje, oba vrtloga mogu u određenim situacijama igrati ulogu u ekstremnim vremenskim događajima pri površini, premda je troposferski vrtlog općenito važniji za vrijeme pri tlu.
Koherentna regija visoke potencijalne vrtložnosti povezana sa stratosferskim polarnim vrtlogom nalazi se u stratosferi, no može utjecati na troposfersko strujanje ispod nje. Taj utjecaj uključuje trendove u ljetnoj cirkulaciji i vremenu na južnoj hemisferi uzrokovane jačanjem antarktičkog polarnog vrtloga zbog ozonske rupe (Thompson i sur., 2011), kao i veze između slabih i jakih događaja arktičkog stratosferskog vrtloga i ekstremnog vremena pri površini (Baldwin i Dunkerton, 2001).
Arktička poveznica uključuje premještanje izrazito hladne zračne mase iz polarnih područja u srednje širine pri površini — tzv. prodore hladnog zraka (engl. cold-air outbreaks). Pokazano je da vjerojatnost takvih događaja raste nakon razdoblja kada je stratosferski vrtlog jako poremećen i oslabljen (Thompson i sur., 2002; Kolstad i sur., 2010). No unatoč ovoj statističkoj povezanosti, ne postoji odnos jedan-na-jedan između prodora hladnog zraka i slabih stratosferskih vrtloga. Prodori hladnog zraka fundamentalno su troposferski događaji i mogu se, te često i javljaju, u odsutnosti bilo kakvog detektabilnog stratosferskog utjecaja. Stoga, aktivnost i njezine promjene u stratosferskom vrtlogu, rijetko imaju jasne poveznice sa prizemnim vremenskim obrascima i ne mogu služiti za pouzdano predviđanje prodora polarne zračne mase u niže zemljopisne širine.
Slučaj siječnja 2014.
Događaj hladnog prodora nad istočnim Sjedinjenim Državama početkom siječnja 2014., koji je uveo pojam polar vortex u opći vokabular, bio je rezultat sustava grebena i doline velike amplitude nad SAD-om, pri čemu je dolina donijela izrazito hladan zrak prema jugu preko istočnih Sjedinjenih Država 6. siječnja.
Iako se često pripisivao pomicanju cijelog polarnog vrtloga, ovaj se događaj ne može izravno pripisati promjenama stratosferskog vrtloga niti hemisferskim promjenama troposferskog vrtloga. Međutim, može ga se opisati u terminima valova na rubu troposferskog vrtloga i deformacije dijela tog vrtloga (ili “režnja”) nad istočnim Sjedinjenim Državama.
Klimatske promjene i polarni vrtlog
No, novija istraživanja ukazuju na moguće veze između globalnog zatopljenja i ponašanja polarnog vrtloga. Arktik se zagrijava otprilike četiri puta brže od ostatka planeta (tzv. Arktička amplifikacija), što znači da se temperaturna razlika između polarnih i umjerenih širina smanjuje (Francis, 2025). Arktički morski led se smanjuje, posebice u blizini Barentsovog mora, što smanjuje albedo površine i oslobađa više topline oceana u atmosferu.
Studija iz 2024. godine (Hamouda i sur.) pokazala je da je oko 65% događaja slabog polarnog vrtloga prethođeno specifičnim troposferskim anomalijama tlaka — niskim tlakom nad sjevernim Pacifikom i visokim tlakom nad Euroazijom. Takva distribucija potaknuta je zagrijavanjem oceana na visokim geografskim širinama i gubitkom morskog leda u Barentsovom i Karskom moru. Ovi rezultati potencijalno mogu pomoći u predviđanju vjerojatnosti poremećaja polarnog vrtloga tijekom zime.
Zima 2024./2025. na sjevernoj hemisferi donijela je zanimljive slučajeve. Prema analizi Climate Impact Company (veljača 2025.), dogodila su se dva kratka događaja stratosferskog zatopljenja — jedan sredinom siječnja i drugi sredinom veljače — od kojih je svaki uzrokovao epizodu polarnog vrtloga u Sjevernoj Americi. Više od jednog događaja polarnog vrtloga u istoj sezoni posljednji je put zabilježeno tijekom zima 2013./14. i 2014./15.
NOAA Climate.gov (travanj 2025.) izvijestio je o ranom završetku sezone polarnog vrtloga 2024./25. — oko 9. ožujka 2025. vjetrovi na ključnoj lokaciji promijenili su smjer, što je označilo značajan poremećaj. U drugoj polovici ožujka vjetrovi su tri puta neuspješno pokušali obnoviti svoj zapadni smjer, pri čemu su zabilježene najjače “suprotne” brzine vjetra polarnog vrtloga za to doba godine od 1991.
Preporuke za pravilno korištenje termina
Waugh, Sobel i Polvani (2017) u svom članku objavljenom u Bulletin of the American Meteorological Society pružaju korisne smjernice za sve koji koriste termin polar vortex:
- Jasno razlikovati stratosferski od troposferskog polarnog vrtloga. Mnogi događaji vremena pri površini uključuju samo troposferski vrtlog, no većina znanstvene literature koja koristi termin polar vortex odnosi se na stratosferu. Stratosferski vrtlog može igrati ulogu u nekim događajima, no ta je uloga tipično suptilnija i neizravnija te zahtijeva dodatno specifično objašnjenje.
- Jasno istaknuti da bilo koji pojedinačni ekstremni vremenski događaj nije posljedica samog postojanja ili općih svojstava bilo kojeg od polarnih vrtloga — bili oni troposferski ili stratosferski — budući da su oba vrtloga normalne klimatološke značajke Zemljine atmosferske cirkulacije. Događaji od interesa tipično su povezani samo s prolaznim i lokaliziranim pomacima ruba troposferskog vrtloga.
Naslovi poput “Polarni vrtlog se vratio!” sugeriraju dramatičniju promjenu globalne troposferske cirkulacije nego što se zapravo dogodila. Oba polarna vrtloga su trajne značajke — nisu nešto što “dolazi i odlazi.”
Zaključak
Polarni vrtlog postao je dijelom svakodnevnog vokabulara, no njegovo razumijevanje ostaje fragmentirano. Ključna poruka jest da postoje dva zasebna polarna vrtloga s bitno različitim karakteristikama, te da ekstremni vremenski događaji u srednjim širinama najčešće proizlaze iz deformacija ruba troposferskog vrtloga — tradicionalno opisivanih kao grebeni i doline ili valovi koji propagiraju duž mlazne struje — a ne iz hemisferskih promjena bilo kojeg od vrtloga.
U kontekstu klimatskih promjena, istraživanja sugeriraju da zagrijavanje Arktika može učiniti poremećaje polarnog vrtloga češćima, što bi paradoksalno (možda!) moglo značiti više prodora hladnog zraka u umjerene širine unatoč općem zatopljenju. No ovo područje ostaje aktivno polje istraživanja s mnogo otvorenih pitanja.
Za operativne meteorologe i javnost, najvažnije je razumjeti da polarni vrtlog nije nešto egzotično ili izvanredno — to je bazična značajka Zemljine klimatologije. A kada sljedeći put čujete da “stiže polarni vrtlog,” zapitajte se: o kojem vrtlogu zapravo govorimo?
Izvori
- Waugh, D. W., Sobel, A. H., & Polvani, L. M. (2017). What Is the Polar Vortex and How Does It Influence Weather? Bulletin of the American Meteorological Society, 98(1), 37–44. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00212.1
- Baldwin, M. P., & Dunkerton, T. J. (2001). Stratospheric harbingers of anomalous weather regimes. Science, 294(5542), 581–584.
- Charlton, A. J., & Polvani, L. M. (2007). A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: Climatology and modeling benchmarks. Journal of Climate, 20(3), 449–469.
- Thompson, D. W. J., Baldwin, M. P., & Wallace, J. M. (2002). Stratospheric connection to Northern Hemisphere wintertime weather: Implications for prediction. Journal of Climate, 15(12), 1421–1428.
- Thompson, D. W. J., Solomon, S., Kushner, P. J., England, M. H., Grise, K. M., & Karoly, D. J. (2011). Signatures of the Antarctic ozone hole in Southern Hemisphere surface climate change. Nature Geoscience, 4(11), 741–749.
- Kolstad, E. W., Breiteig, T., & Scaife, A. A. (2010). The association between stratospheric weak polar vortex events and cold air outbreaks in the Northern Hemisphere. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 136(649), 886–893.
- Hamouda, M. E., & Pasquero, C. (2024). Polar Vortex Disruptions by High Latitude Ocean Warming. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL107567.
- NOAA Climate.gov. (2025, April 3). An early but interesting end to the 2024-25 polar vortex season. https://www.climate.gov/news-features/blogs/polar-vortex/
- Climate Impact Company. (2025, February 21). Explaining North America Winter 2024-25 Polar Vortex Events.
- Francis, J. (2025). Citirano u: Borenstein, S. How cold blasts are paradoxically caused by global warming, as freezing polar vortex sweeps America. Fortune.
Ivan Toman