2022 végén több millióan maradtak áram nélkül, és közlekedési káosz alakult ki az Egyesült Államokban, miután egy „bombaciklon” sarkvidéki hideget és hóviharokat okozott az ország nagy részén. A Montana államban található Lincolnban december 22-én mért -45 Celsius-fokhoz képest Európában hetek óta szokatlanul meleg van, az Alpokban 1500 méter alatt alig találni havat, és eközben január elején már az Egyesült Államokban is az átlagosnál magasabb hőmérsékleteket mérnek.

Azt, hogy miként hatott ezekre az emberi tevékenység által okozott globális felmelegedés, attribúciós vizsgálatok tárhatják fel precízen a következő hónapokban. A rekordokat döntő európai időjárásért a Meteorológiai Világszervezet (WMO) szerint a Földközi-tenger feletti magas és az Atlanti-óceán feletti alacsony nyomású rendszerek által kiváltott légáramlás a felelős, ami Északnyugat-Afrikából meleg légtömegeket szállított kontinensünk fölé. Ezeket tovább hevítette az Észak-Atlanti-óceán szokatlanul magas tengerfelszíni hőmérséklete (sea surface temperature, SST), ami egy melegedő bolygón egyre gyakrabban fordul majd elő.

Az észak-amerikai hidegbetörésnél a hóesés mértékét Michael Mann, a Pennsylvaniai Egyetem éghajlatkutatója szerint egész biztosan súlyosbíthatta a Nagy-tavak globális felmelegedés miatt emelkedő hőmérséklete. Egy másik, ennyire még nem egyértelmű mechanizmus lehet az Északi-sarkvidéken zajló felmelegedés két időjárási rendszerre, a poláris örvényre (polar vortex) és a poláris futóáramlásra (polar jet stream) gyakorolt hatása.

Az amerikai Nemzeti Óceán- és Légkörkutatási Hivatal (NOAA) szerint a poláris örvény egy, a Föld északi (és déli) pólusa felett elhelyezkedő, alacsony nyomású, hideg, az óramutatóval ellentétes forgású légtömeg, amely nyáron gyengébb, télen pedig erősebb. A futóáramlások viszonylag keskeny, nyugat-kelet irányú gyors légáramlások, amelyek az egész bolygót megkerülik – foglalta össze a légköri jelenséget Tim Woollings éghajlatkutató nemrég a NOAA blogján. A Föld északi és déli féltekéjén több ilyen áramlás kialakul, és 9,5-13 kilométeres magasságban a legerősebbek. Kialakulásukért a bolygót földrajzi szélesség szerint eltérően melegítő, így légköri áramlást keltő napsugárzás, valamint a Föld forgásának ezekre gyakorolt hatásai felelnek.

A Föld északi és déli félgömbjének időjárását közepes szélességeken (23,5 és 66,5 szélességi fok között) nagy, hullámzó mintákban mozgó nyugati szelek irányítják az amerikai meteorológiai hivatal (National Weather Service, NWS) szerint, és ezeket bolygóhullámoknak vagy Rossby-hullámoknak nevezik. Általában 4-5 ilyen hullám kavarog, amelyek az alacsony nyomású rendszerek útvonalának kijelölése mellett segítenek a futóáramlás elhelyezésében is.

Woollings szerint amellett, hogy a poláris futóáramlás jelentősen kihat a légi közlekedésre, befolyásolja a közepes szélességek – ahol Magyarország is található – időjárási rendszereit. Ezért lenyomata megjelenik abban is, hogy mely régiókat érnek el viharrendszerek, vagy melyek maradnak szárazabbak, de az áramlás hatásait a jellemzően nyugati szelek miatt ennél is közvetlenebbül érezzük. A futóáramlás emellett a kutató szerint éles határt szab az ellentétes nyomású légtömegek közt: tőle délre melegebb trópusi légtömegek, a pólusok felé pedig hidegebbek találhatók, és emiatt a felszíni hőmérsékletet is jelentősen befolyásolja.

Megváltozott-e a poláris örvény és a poláris futóáramlás a globális felmelegedés hatására?

Arra a kérdésre, hogy milyen kutatások támasztják alá a globális felmelegedés poláris futóáramlásra mért hatását, a Qubitnek Szabó Amanda Imola, az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékének doktorandusza és a Másfélfok szerzője elmondta, hogy a poláris örvény gyengülésének és a futóáramlás behullámzásának gyakorisága több tanulmány alapján növekszik, mégpedig az „arctic amplification” nevű jelenség hatására, vagyis mert az Északi-sarkvidék a globális átlag többszörösének gyorsaságával melegszik. „A folyamat, ami többek között a felmelegedés hatására történő jég- és hóolvadás következménye, az extrém időjárási események, mint a heves esőzések, az extrém hideg időjárás és a hőhullámok gyakoriságának növekedéséhez vezethet” – mondta Szabó.

Az éghajlatkutató szerint „a tudományos konszenzushoz egyértelműen további mérések és vizsgálatok szükségesek. Egyes kutatók például arra jutottak, hogy az 1990-es és 2000-es évek során tapasztalt trend a sarkvidéki felmelegedés és az extrém események között az elmúlt évtized során nem folytatódott”. Mint elmondta, „ez azonban nem jelenti, hogy 20-30 éves éghajlati időtávon nézve az arktikus területek globálisnál erősebb felmelegedése ne járulna hozzá az említett folyamatokhoz”.

A konszenzus hiánya a jelenség mögött álló mechanizmusok láncolatának összetettségét jelzi. Ezt mutatja az is, hogy a poláris örvény időszakos gyengülése a természetes változékonyság része, amit például az El Niño/Déli oszcilláció (El Niño-Southern Oscillation, ENSO) befolyásol, amire ugyanakkor szintén hatással van az ember okozta klímaváltozás, mondta a magyar kutató.

Az ENSO egy periodikusan változó, természetes éghajlati jelenség, amely elsősorban a Kelet-Csendes-óceáni térségben hat a tengerfelszíni hőmérsékletekre és a helyi szelek erősségére és irányára, de globális következményekkel is jár. Az ENSO melegebb tengerfelszíni hőmérsékleteket okozó fázisa az az El Niño, a lehűlését okozó pedig a La Niña.

Amint Szabó a Qubitnek elmondta, ahogy a sarkvidéki tengeri jég mennyisége csökken, a beérkező sugárzás ahelyett, hogy a világos jégfelszínről jelentős részben visszaverődne, elnyelődik a sötétebb tengerfelszínen. Ugyanez a hatás érvényesül akkor is, ha csökken a sarkvidéki területek feletti hótakaró. Ez további felmelegedést, ebből következőleg további olvadást okoz, amit a szakemberek öngerjesztő (pozitív visszacsatolás) folyamatnak neveznek. Az „arctic amplification” jelenség miatt Szabó szerint csökken a légtömegek közti hőmérséklet- és nyomáskülönbség a sarkvidék és a trópusi területek között.

Jennifer Francis és Stephen Vavrus a Geophysical Research Letters folyóiratban közölt 2012-es tanulmányában arra jutott, hogy ennek hatására a poláris jet (futóáramlás) gyengül és egyre erősebben hullámzik, miközben a sarki hideg légtömegek délnek nyomulnak, a trópusi meleg légtömegek pedig egyre inkább északnak. Szabó szerint a légkör legalsó rétegéhez (troposzféra) köthető folyamatok eredményeképp a nagyobb és keleti irányban lassabban haladó hullámok hatására tartós időjárási helyzetek alakulhatnak ki, amelyek extrém időjárási eseményekhez vezethetnek.

Szabó szerint ugyanakkor a hőmérséklet-különbség gyengülése a magasabb légrétegeknél (sztratoszféra) is zavarokat okozhat: a poláris örvény által „tartott” hideg levegő „kiszabadulhat”, majd a behullámzó poláris futóáramlás mentén leáramolhat a közepes szélességi fokokra. Ez vezethetett szerinte például az Egyesült Királyságban „beast from the east” („keletről érkező szörnyeteg”) néven emlegetett extrém hideg télhez, vagy a 2022 decemberében Észak-Amerikát érintő fagyokhoz is. Mint Szabó rámutatott, egy, a Bulletin of the American Meteorological Society nevű folyóiratban megjelent 2018-as kutatásban arra jutottak, hogy az Eurázsiában 1990 óta megfigyelt téli lehűlés 60 százaléka a poláris örvény gyengülésének megnövekedett gyakoriságával magyarázható, és ez az időszak egybeesik az Északi-sarkvidék globális átlagnál gyorsabb melegedésével.

Egy 2021-ben, a Science-ben publikált tanulmány arra talált bizonyítékot, hogy az északi-sarki felmelegedés megzavarja a poláris örvényt, és ezen keresztül kihat az extrém hideg időjárás gyakoriságára Észak-Amerika és Ázsia egyes részein. Az északi-sarki tengeri jég kiterjedésének csökkenése pedig egy másik 2021-es, a Nature Communicationsben közölt kutatás szerint a nyugat-amerikai erdőtüzek előfordulásának kockázatát befolyásolhatja.

Összefügghet-e az arktiszi felmelegedés a mostani meleg európai időjárással?

A sarkvidék felmelegedésének hatása Szabó szerint nem csak télen, hanem az északi félteke nyarán is jelentkezhet a közepes szélességeken. Ilyenkor a futóáramlás kettészakad, és az egyik része északi, míg másik része déli irányba mozdul el, így tartóssá válhatnak például az extrém hőséggel járó időjárási helyzetek. Egy 2013-ban, a PNAS folyóiratban közölt kutatás szerint ez játszott szerepet a 2003-as európai hőhullámban, a 2010-es pakisztáni áradásokban és a 2011-es texasi hőhullámban is.

A kutató szerint tehát az, hogy a sarkvidéki területek az átlagnál gyorsabban melegednek, vitathatatlanul hatással van a földi légkörzésre. A poláris örvény és a futóáramlás alakította folyamatok amellett, hogy extrém hideg időjárási helyzeteket okozhatnak Észak-Amerikában és Európában is, melegebb légtömegeket szállíthatnak északra, és tartósan egy terület felett tarthatják azt.

Arról ugyanakkor Szabó szerint még nem készült attribúciós vizsgálat, hogy az elmúlt időszakban az európai meleg időjárásért felelős, Nyugat-Afrikából érkezett légtömegre mennyiben volt hatással a klímaváltozás. A kutató úgy látja, hogy az extrém hideg időjárási helyzetekhez hasonlóan további kutatást igényel, hogy egy adott időjárási helyzet kialakulásához milyen mértékben járult hozzá a sarkvidéki melegedés légkörzést módosító hatása, és ezáltal az emberi tevékenység.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: