Nad naszymi głowami wydarzyło się coś, co zwykle ma miejsce nie częściej, niż co dwa lata. Gdy takie zjawisko wystąpiło w lutym 2021 roku, rekordowo niskie temperatury objęły ogromną część Ameryki Północnej. Mrozy dotarły aż do południowych stanów USA i Meksyku. W Teksasie temperatury spadły aż o 28°C  poniżej średniej dla tego okresu – w Dallas odnotowano -19°C, w Huston -11°C.

Problem w tym, że te obszary kompletnie nie były przygotowane na takie chłody. Efektem była potężna awaria sieci energetycznej. W raporcie Polskiej Izby Ubezpieczeń „Klimat rosnących strat 2023” czytamy:

„Silny mróz w Teksasie w lutym 2021 r. pozbawił 5 milionów ludzi dostępu do prądu ze względu na nieprzystosowanie infrastruktury oraz sieci przesyłowych do takich temperatur. Awarie spowodowały wyłączenie z sieci infrastruktury o mocy zainstalowanej około 46 gigawatów, czyli mniej więcej ilości, jaką dysponowała w tym czasie (w zakresie mocy zainstalowanej) cała Polska.”

Zatem spójrzmy w górę i sprawdźmy, co dzieje się obecnie i co wydarzyło się w 2021 roku w Teksasie.

Wir polarny

Oba te zjawiska łączy jedno pojęcie – wir polarny. To silny, osiągający nawet 400 km/h, wiatr, który na wysokości około 30 km wieje od jesieni do zimy. Zwykle otacza on obszary podbiegunowe i związany jest z przepływem powietrza do rejonów wychłodzonych przez noc polarną. Na ten przepływ nakłada się ruch obrotowy Ziemi i w efekcie powstaje właśnie wir polarny.

To, co jest tu szczególne, to fakt, że na przełomie roku ten wir uległ tak zwanemu rozpadowi. Zamiast jednego obiegu powietrza powstały dwa wiry kręcące się w przeciwnych kierunkach. Dobrze to widać na tej ilustracji pochodzącej z serwisu earth.nullschool.net.

Zjawisko to powstało w efekcie tzw. gwałtownego ogrzania strafosferycznego. Co to oznacza? Stratosfera, czyli warstwa atmosfery rozciągająca się od około 10 do 50 km nad Ziemią zawiera rozrzedzone, zimne powietrze. Na wysokości ok. 30 km, gdzie pojawia się wir polarny, o tej porze roku na półkuli północnej normą są temperatury rzędu -80°C. Tymczasem ogrzanie było faktycznie gwałtowne. W ciągu kilku godzin temperatura skoczyła tam o około 70-80 stopni. W niektórych obszarach, szczególnie na styku „pękniętego” wiru przekroczyła nawet zero osiągając około +2°C.

Zaburzenia prądu strumieniowego

Co spowodowało taki efekt? To wpływ zaburzeń przebiegu innego strumienia powietrza, który otacza Ziemię. Prąd strumieniowy wieje na wysokości około 9-12 km. Silny wiatr z zachodu zwykle tworzy dość równomierny strumień, ale w pewnych warunkach ma tendencje do tworzenia meandrów, zakrętów i odnóg.

Warto tu zdawać sobie sprawę, że atmosfera, choć niezwykle dla Ziemi istotna, jest strukturą o niewielkiej wysokości. Choć praktycznie nie da się wyznaczyć jej górnej granicy, to już na wysokości 30 km panuje ciśnienie stukrotnie niższe niż na poziomie morza. Większość zachodzących tu zjawisk ma miejsce właśnie tym obszarze. Zazwyczaj prąd strumieniowy i wir polarny nie wpływają bezpośrednio na siebie, ale w pewnych sytuacjach zaburzenia prądu strumieniowego, które mają miejsce nie tylko w poziomie, ale i w pionie, mogą dotrzeć do wysokości 30 km.

Co się stało pod koniec grudnia?

Tak właśnie stało się pod sam koniec grudnia. Prąd strumieniowy przekazał część swojej energii wirowi polarnemu, co doprowadziło do jego rozerwania na dwie oddzielne struktury. Ten złożony układ atmosferyczny spowodował osłabienie prądu strumieniowego i jeszcze silniejsze rozdzielenie i poskręcanie go.

Tymczasem pogoda, jaka panuje w zimie w danym miejscu Europy, ale też Ameryki Północnej i znacznej części Azji jest znacząco związana z kształtem prądu strumieniowego. To, czy w danym miejscu jest ciepło czy zimno, w dużym stopniu zależy od tego, po której stronie tej „powietrznej rzeki” znajduje się jakiś obszar. Jeśli po wewnętrznej, północnej, to napływa do niego zimne powietrze z okolic otaczających biegun północny. Jeżeli po zewnętrznej, południowej, to dociera tam cieplejsze powietrze płynące od strony zwrotników i znad oceanów.

To duże uproszczenie, bo meandry prądu zatokowego mogą być naprawdę głębokie i mocno wygięte, a wtedy zimne powietrze napływa na przykład ze wschodu. I właśnie z taką sytuacją mamy obecnie do czynienia. Mrozy wywołała adwekcja, czyli poziomy ruch powietrza, a to, które najbardziej odczuwamy dotarło znad północnej granicy Europy i Azji.

Co oznacza rozerwanie wiru polarnego?

Takie zjawiska nie są czymś niezwykłym, choć rozerwanie wiru polarnego nie zdarza się często. Z punktu widzenia gospodarczego problemem może być szybkie pojawianie się jego mroźnych konsekwencji – w Polsce w ciągu 2 dni temperatura spadła o około 20 stopni, a skala takich spadków może być znacznie większa. Drugą kwestią jest możliwość pojawiania się mrozu na obszarach, które nie są zwykle przez takie temperatury nawiedzane, a więc są do nich nieprzygotowane. Sytuacja taka, jak w Teksasie w 2021 roku może się powtarzać również na innych terenach, choć w Europie – ze względu na jej mniej kontynentalny klimat, może mieć odmienny przebieg.

Trzeci problem to ryzyko długiego utrzymywania się mrozu. Prąd strumieniowy może zostać na pewien czas zablokowany, a wówczas jego zakole nawet przez kilka tygodni będzie „zasysało” lodowate powietrze. Dla nieprzygotowanych na to terenów skutki mogą być katastrofalne.

Choć tu opisujemy zjawiska pojawiające się zimą, to blokady prądu strumieniowego zdarzają się też w miesiącach letnich. Wówczas mogą doprowadzić do długotrwałych fal upałów i susz, jak miało to miejsce nad Kanadą w czerwcu 2021 roku.

Trzeba zdawać sobie sprawę, że takie gwałtowne zjawiska pogodowe będą występowały częściej i miały większą intensywność w związku ze zmianami klimatu. Ogrzewanie się okolic bieguna północnego prowadzi do destabilizacji prądu strumieniowego, jego silniejszego meandrowania, a więc częstych trwających dłużej fal opałów bądź mrozów. Jeśli będziemy zdawali sobie sprawę z tych zjawisk, możemy starać się zapobiegać ich skutkom.

Klimat rosnących strat. Rola ubezpieczeń w ochronie klimatu i w transformacji energetycznej

Aleksandra i Piotr Stanisławscy są popularyzatorami nauki i autorami bloga Crazy Nauka. Przygotowali niniejszy tekst specjalnie dla nas, by zachęcić Was do zaglądania do naszego raportu. W raporcie znajdziecie wiele ważnych dla ubepzieczeń obserwacji. A autorzy tekstu tłumaczą dokładnie, skad niektóre zjawiska się biorą i czy możemy spodziewać się kolejnych. Nieustająco polecamy raport!