Het begrip Sudden Stratospheric Warming (SSW), oftewel plotselinge stratosferische opwarming zien we in de laatste jaren steeds meer aandacht krijgen. Voor meteorologen is het elke winter spannend om te kijken of we te maken krijgen met een dergelijk event, maar vaak is het voor het brede publiek lastig om te begrijpen wat het nu precies inhoudt. Er ontstaat vaak een soort van euforie bij het oppoppen van deze term. Sensatieberichten met koppen zoals ‘Beast from the East’ en ‘extreem winterweer op komst door een SSW’ spelen hierop in, maar zorgt een SSW ook daadwerkelijk voor winterweer? In dit achtergrondartikel beschrijf ik het fenomeen, geef ik meer informatie over waarom de vlag niet meteen uit kan worden gestoken, maar waarom het wel interessant kan zijn om het te volgen. Tijd om de hoogte op te zoeken en een kijkje te nemen in de stratosfeer. In het artikel probeer ik antwoord te geven op de volgende vragen:
- Wat is de stratosfeer?
- Wat is de stratosferische poolwervel?
- Wat is een Sudden Stratospheric Warming?
- Hoe ontstaat een Sudden Stratospheric Warming?
- Waarom is een Sudden Stratospheric Warming interessant voor ons?
- Wat is de (mogelijke) impact van een Sudden Stratospheric Warming op het weer bij ons?
De stratosfeer
Om verwarring te voorkomen moeten we even terug naar de basics. Het weer speelt zich af in de onderste laag van de atmosfeer: de troposfeer. Deze is ongeveer 6 tot 16 kilometer hoog; op hogere breedtegraden lager en in de tropen doorgaans hoger. In de laag daarboven ligt de stratosfeer. Terwijl de temperatuur in de troposfeer daalt hoe hoger je komt, is dit in de stratosfeer juist omgekeerd. Met toenemende hoogte neemt de temperatuur hier toe. Dit komt door de ozonlaag die zich hier bevindt. Als een soort schild wordt de UV-straling van de zon geabsorbeerd, waarbij warmte vrijkomt. De toenemende temperatuur met hoogte zorgt voor stabiele condities. Zelfs de machtigste onweerswolken met flinke opwaartse bewegingen worden bij de overgang van de troposfeer naar de stratosfeer (de tropopause) grotendeels tegengehouden.
Verschillende straalstromen
In het achtergrondartikel over de straalstroom heb ik kort uitgelegd dat er meerdere straalstromen zijn. Belangrijk is dat we de polaire straalstromen nu niet door elkaar halen. Er zijn namelijk twee verschillende polaire straalstromen: de stratosferische polar vortex en de troposferische straalstroom. De stratosferische polaire vortex bevindt zich grofweg tussen de tropopause en zo’n 50 kilometer hoogte (de overgang naar de mesosfeer). Meteorologen gebruiken vaak weerkaarten van het zogenaamde 10 hPa drukvlak, wat ongeveer correspondeert met een hoogte van 30 kilometer. Daaronder, op zo’n 8 tot 10 kilometer (in de hoger gelegen delen van de troposfeer) heb je de troposferische straalstroom die bij ons een enorme invloed heeft op het weer. Deze straalstroom heb ik beschreven in het andere achtergrondartikel. Hier focussen we op de stratosferische Polar Vortex.
Stratosferische poolwervel
De Polar Vortex (poolwervel) in de stratosfeer is een groot lagedrukgebied boven de pool met enorm sterke westenwinden die in de winter gemakkelijk snelheden van 200 tot 300 kilometer per uur kunnen bereiken. We treffen dit lagedrukgebied met grote windsnelheden rond de pool enkel in de wintermaanden aan, omdat de energie van de zon in deze periode het poolgebied niet kan bereiken. Er heerst hier maandenlang 24 uur per dag de polaire nacht, waardoor warmte uit kan stralen en de atmosfeer flink af kan koelen. Er ontstaat een enorme bel van koude lucht met een sterke vortex (de Polar Night Jet) als grens. Op deze manier worden de zeer koude luchtmassa’s boven de pool gevangen gehouden. Als deze Polar Vortex sterk is en we dus hoge windsnelheden vanuit het westen aantreffen, is de troposferische straalstroom doorgaans ook sterk en zonaal (van west naar oost). Op het zuidelijk halfrond is de poolwervel doorgaans erg sterk en effectief in het insluiten van deze kou. Op het noordelijk halfrond is de poolwervel zwakker en vindt er meer menging plaats tussen noordelijke en zuidelijke gebieden.
Sudden Stratospheric Warming
Een event dat ervoor kan zorgen dat er meer menging met lagere breedtegraden plaats kan vinden is een Sudden Stratospheric Warming (SSW), oftewel een plotselinge stratosferische opwarming. Deze opwarming is niet niks. Het gaat hier om tientallen graden binnen een tijdsbestek van enkele dagen, soms zelfs tot wel 50 tot 70 graden binnen een week!
De plotselinge opwarming tijdens het winterseizoen gaat gepaard met een uitgesproken verzwakking van de westenwinden in de stratosfeer. Bij een SSW wordt het lagedrukgebied boven de noordpool verdreven en een blokkerend hogedrukgebied komt ervoor in de plaats. Westenwinden worden zwakker of zelfs getransformeerd in oostenwinden. We kunnen de events opdelen in twee categorieën: een minor warming en een major warming. Het verschil zit hem in de windomkeer. We spreken over een major warming als de sterke westenwinden van de Polar Night Jet niet alleen afzwakken, maar zelfs omkeren, waardoor er dus voor in de winter ongewone oostenwinden heersen.
Hoe kan een Sudden Stratospheric Warming ontstaan?
Het ontstaan van een SSW is erg complex, maar toch probeer ik het op een zo eenvoudig mogelijke manier in het kort uit te leggen. Golfenergie is bij het ontstaan van een SSW het keyword. Gebergtes (zoals de Rocky Mountains) en bepaalde blokkerende weersettings zijn verantwoordelijk voor de vorming van zogenaamde Rossbygolven in de troposfeer. Deze golfenergie kan soms verticaal voortplanten en zelfs in de stratosfeer terechtkomen. Hier kan vervolgens dissipatie plaatsvinden waarbij de golven breken en de energie in warmte wordt omgezet. Deze opwarming kan de stratosferische poolwervel vervolgens verstoren, waardoor er dus oostenwinden kunnen optreden.
Het duurt enkele weken voordat de oostenwinden (negatieve waardes) in de stratosfeer steeds meer kunnen afzakken richting de troposfeer. Voor die tijd dus in ieder geval geen impact op ons weer.
De impact van een SSW op het weer
Hoe vertaalt zich een SSW-event naar het weer bij ons in de troposfeer? Aanvankelijk heeft deze opwarming nog geen effect op het windpatroon in de troposfeer, maar in de weken erna kunnen deze oostenwinden van grote hoogte steeds meer afzakken richting de troposfeer. Het breken van de golven gebeurt dan op steeds lagere hoogtes, wat de oostenwinden van de stratosfeer langzaam maar zeker af laat zakken richting de top van de troposfeer. Hier komen de oostenwinden in contact met de troposferische straalstroom. De straalstroom kan hierdoor worden verzwakt en verplaatst naar het zuiden, wat gunstig is voor een negatieve NAO index met een eventuele Atlantische blokkade die op onze breedtegraden de weg vrij maakt voor koude-uitbraken. Deze koppeling tussen de stratosfeer en de troposfeer is niet altijd hetzelfde.
Er zijn twee type SSW gebeurtenissen: een displacement, waarbij de kern van de Polar Vortex wordt verschoven en een split, waarbij de kern zelfs helemaal wordt gesplitst. Soms zien we ook een gemixte versie optreden. Over het algemeen kunnen we pas na zo’n 2 tot mogelijk zelfs 6 weken een impact op het weer in de troposfeer verwachten. Bij een verschuiving kan het doorgaans nog wat langer duren dan bij een splitsing van de poolwervel.
Belangrijk is hierbij dus wel dat het om de mogelijke impact op ons weer gaat. Koude-uitbraken vanuit het noorden zijn waarschijnlijker door een verzwakte poolwervel. De kans op een blokkerend hogedrukgebied boven de Atlantische Oceaan en Groenland is weliswaar groter, maar een SSW is dus absoluut geen garantie op volle bak winterweer! De koppeling tussen de stratosfeer en de troposfeer vindt niet altijd plaats bij een SSW. In 2018 was het bijvoorbeeld wel het geval met winterweer in Europa als gevolg, maar het jaar daarna had een SSW-event nauwelijks invloed op het weer. Oostenwinden in de stratosfeer konden niet doordringen tot de troposfeer, waardoor de straalstroom niet werd beïnvloed.
SSW in de media
Tegenwoordig kom je het steeds meer tegen in verschillende media. Mooi om te zien dat er een brede interesse is voor een dergelijk meteorologisch fenomeen, maar ter verduidelijking: het is niets nieuws. In de jaren 50 werden er al metingen uitgevoerd aan de stratosfeer waarbij de plotselinge opwarming werd geobserveerd. Eens in de 2 tot 3 jaar komt een SSW voor. Ga dus niet te veel mee in de hype van enkele berichten die je al in de titel winterweer beloven. Zeker tijdens een SSW moet je echt geduld hebben en blijft het lang onduidelijk wat de impact precies zal zijn. Weermodellen hebben nog erg veel moeite met het berekenen van de koppeling tussen de stratosfeer en de troposfeer en dus op de impact op ons weer. Al met al is het erg interessante, maar ook complexe materie en bovendien ook nog steeds een actueel thema voor wetenschappelijk onderzoek, omdat we niet alle mechanismen helemaal begrijpen.
Bronnen: Stratosphere Troposphere Interactions – K. Mohanakumar, Metoffice, DWD, NOAA, Stratobserve.com
Overige achtergrondartikelen over het weer:
Reacties
Dank voor je uitleg, @@Henri.
Maar ik ben vooral hier op deze plek benieuwd naar antwoord op je vraag “Waarom is een Sudden Stratospheric Warming interessant voor ons?” Leuk dat het een “een actueel thema voor wetenschappelijk onderzoek” is, maar zolang" [w]eermodellen nog erg veel moeite met het berekenen van de koppeling tussen de stratosfeer en de troposfeer [hebben] en dus op de impact op ons weer [onbekend is]" kunnen we er hier niet zoveel mee.
Jaren geleden keek ik regelmatig naar https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.sprd2.gif waar een forecast van de NAO wordt gegeven. Idee was dat een lagere NAO index een grotere kans op koud winterweer zou geven. Ik heb echter gemerkt dat de voorspellende waarde voor sneeuw in de Alpen nagenoeg niet aanwezig is. Vaak zelfs ook juist tegengestelde situaties gezien. Uiteindelijk die link maar in het mapje voor oude en minder waardevolle links gezet. Je kunt er ter voorbereiding op een seizoen of in het seizoen gewoon niet zo veel mee.
Laat onverlet dat er wel een koppeling waarneembaar is.
Op https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/JFM_season_nao_index.shtml zie je de NAO-waarden van de maanden januari, februari en maart en het gemiddelde daarvan.
https://cdn.wepowder.com/site/forum/15/19a214162e61b4a40ad6a43a9357e33f_season_20standardized_20nao_20index_20_281950_2022_29.png?width=800\
Ik zie hier (als amateur) dat de zeer sneeuwrijke - en memorabele - seizoenen in eind jaren '80 juist positieve waarden laten zien en een stijging van die NAO index. En wanneer waren die Elfstedentochten ook al weer? '85 en '86 - net als die NAO positief wordt. En dat houdt dan aan tot eind jaren '90 - met nog een Elfstedentocht, maar ook de extreme lawinewinter van '99 waarin onder meer het dorp Gultür weggevaagd werd. Maar met dezelfde NAO-waarden zie ik dan in winter 2000/2001 dat SLF schrijf in hun jaarlijkse wintersammenvatting “Schneearmut im Norden und allgemein in tiefen Lagen. Warmer Winter, besonders in den Föhngebieten des Nordens.”. Daarna gaat die NAO weer naar beneden, maar van veel winter en sneeuw is die jaren geen sprake meer.
Totdat natuurlijk MSP uitkomt met de fantastische film "“Attack of La Niña (the bitch is back”, chronicles the deepest North American winter in recent history in 2010. Maar daar zie ik dan een NAO waarde van ongeveer 0. (in Eruopa viel het dat jaar wel mee volgens het SLF: “Im Hochwinter waren die Schneehöhen in allen Höhenlagen verbreitet unterdurchschnittlich.”).
Tenslotte zien we vanaf 2010 weer hetzelfde patroon patroon als eind jaren '80: een sterke stijging van de NAO-waarden, maar helaas weten we nog wel uit ons eigen korte termijn geheugen dat de afgelopen jaren echt niet zo koud en sneeuwrijk waren. Of zoals de SLF het samenvatte: “Extrem warmer Winter mit wenig Schnee und wenigen Lawinenopfern” (bron: https://www.slf.ch/de/lawinenbulletin-und-schneesituation/wochen-und-winterberichte/alle-winterberichte.html). Wat was het beste winstersportseizoen van de afgelopen 10 jaar eigenlijk?
https://cdn.wepowder.com/site/forum/15/7c3a40ae8ebbdd0867825cdfa72fda58_attack_20of_20la_20nina.jpg?width=800 Beetje oude maar nog steeds goede film, overigens (zie https://matchstickpro.com/attack-of-la-nina/)
Al met al fijn dat je ons meer inzichten geeft in de grotere weersystemen die uiteindelijk de Powder Alerts veroorzaken. Details over waar in welk dal precies de beste soort sneeuw valt is nog interessanter. Keep up the good work. Met veel plezier lees ik altijd je achtergrond artikelen over het weer. Iets over de sneeuwvalgrens en de nul-graden-grens en hoe dat dan in verschillende gebieden bij verschillende windstromingen zich wel of niet vertaalt in (liefst gortdroge) poeder, zou mooi zijn.
@@nzwarts thanks voor je reactie. Een van de redenen dat ik dit artikel heb geschreven is omdat ik veel vragen kreeg over de SSW en of we in de Alpen al winterweer kunnen verwachten. Om die hype dus een beetje te dempen en, zoals je terecht zegt “we kunnen er niet zoveel mee”, te laten zien dat er bij een SSW-event nog heel wat moet gebeuren om ook enig effect aan de grond te zien. De teleconnectie die de NAO linkt aan de Alpen is overigens vrij complex, zeker ook qua neerslag. De Alpen liggen eigenlijk net tussen de regio’s in waar we een duidelijk patroon zien bij een +NAO en -NAO fase. Je hebt helemaal gelijk dat een negatieve NAO dus inderdaad zeker niet altijd gelijk staat aan poederdagen in de Alpen, maar er zijn wel wat weersettings in de Alpen te linken aan de NAO. Historische maandelijkse NAO data kun je trouwens hier vinden: https://crudata.uea.ac.uk/cru/data//nao/nao.dat. Eens kijken of ik binnenkort ook wat meer hierover kan schrijven. Een achtergrondartikel over de sneeuwvalgrens is trouwens al in de maak ;)