Autor: Michelle L'Heureux

¡Sólo bromeaba! hiciste clic y ahora vamos a ir a dar un paseo juntos por el vórtice polar. Hace seis años, "vórtice polar" se convirtió en el último término meteorológico en utilizarse en la conversación cotidiana; desde entonces, se le ha echado la culpa -a veces con razón, a veces sin ella- por cada ola de tiempo invernal. Dado que generalmente se me considera un experto en ENSO (El Niño-Oscilación del Sur), invito a algunos de mis amigos de los vórtices polares que me acompañen en nuestro paseo.

Así que, comencemos con una prueba. Cuando lees/escuchas "¡El vórtice polar está aquí!" deberías:

a) Ponerte tus calzones largos e inmediatamente beber tantas bebidas calientes como sea posible.

b) Cerrar las puertas con llave para protegerte de un tornado invernal.

c) Consultar el pronóstico local y prepararse como lo harías normalmente para un pronóstico de temperaturas frías (o cálidas). O, como nos gusta decir, prepararnos para el tiempo y siendo inteligentes con él.

La respuesta es (c), pero, si realmente quieres elegir las otras dos opciones, no voy a quitarte la idea.

Si eres un meteorólogo y escucha ese término, también podrías quejarse un poco de ese titular porque el vórtice polar no viene y va. No está "aquí" porque siempre está en nuestra atmósfera, girando alrededor de los hemisferios en invierno (Nota al pie #1).

Mira hacia arriba mientras caminas. Hacia arriba.

 En artículos científicos que se remontan a la década de 1940, el vórtice polar generalmente se refiere a la circulación atmosférica en la estratosfera, no a la troposfera. En las regiones polares, el borde inferior de la estratósfera comienza a unos 8 kilómetros sobre el suelo y se extiende hacia arriba hasta unos 48 kilómetros. La troposfera es la capa entre el suelo y la estratósfera, y es donde vivimos y jugamos.

Ilustración de los vórtices polares troposféricos y estratosféricos en el hemisferio norte. Las flechas muestran la dirección de los vientos atmosféricos, que típicamente soplan de oeste a este en las latitudes medias. El esquema es de NOAA Climate.gov y está adaptado de Waugh et al., 2017, Bulletin of the American Meteorological Society.

Ilustración de los vórtices polares troposféricos y estratosféricos en el hemisferio norte. Las flechas muestran la dirección de los vientos atmosféricos, que típicamente soplan de oeste a este en las latitudes medias. El esquema es de NOAA Climate.gov y está adaptado por Waugh et al., 2017, Boletín de la Asociación Meteorológica Americana.

 Darryn Waugh y sus colegas hicieron un gran trabajo pintando el vórtice polar en este artículo de hace un par de años. En él, señalan que, aunque el conocimiento del vórtice estratosférico se remonta a finales de la década de 1940, fue más tarde (de 1970 a 2000) cuando el término "vórtice polar" se acuñó para describir el tiempo más próximo a la superficie. Por eso, se recomienda que la gente se refiera al vórtice polar troposférico o al vórtice polar estratosférico. ¡Estos vórtices son diferentes!

Son diferentes, pero hay veces en que los dos vórtices polares están en posiciones similares y están más fuertemente ligados. Permíteme explicarte porqué la troposfera y la estratósfera son diferentes, y luego hablaremos de esos momentos especiales.

En la troposfera: el camino bajo

El clima en la troposfera puede ser un poco desordenado, pero el aire frío tiende a estar más cerca del polo mientras que el aire caliente se mantiene en los trópicos. Entre ellos se encuentran las latitudes medias, donde el aire más cálido y el más frío a menudo se mezclan y provocan una “batalla”. Es bastante incómodo pasar de 21°C un día a -1°C al día siguiente, así que te perdonamos por querer gritar "¡vórtice polar!" porque ¡qué asco! Sin embargo, los rápidos cambios de temperatura pueden describirse simplemente por el paso de un frente, un límite estrecho entre masas de aire diferentes.

Así, el vórtice polar troposférico es una forma un poco más compleja de describir la separación entre el aire generalmente más frío al norte y el aire más caliente al sur. El borde del vórtice se caracteriza por una corriente de chorro o río de aire que fluye rápidamente y que separa las masas de aire. El chorro aparece muy sinuoso en el mapa de abajo (el sombreado en rojo/púrpura indica los vientos más rápidos) y parece una especie de serpiente que se desliza por el hemisferio. (Esa analogía también me dio escalofríos. ¡Lo siento!).

Vientos que soplan en el nivel geopotencial de 500-hPa el 12 de enero de 2020 (en promedio es 5,5 km sobre el nivel del mar y está dentro de la troposfera). Imagen modificada por NOAA Climate.gov usando imágenes de Earth Nullschool (fuente de datos: GDAS de NOAA).  

Cuando el vórtice polar troposférico se expande, y la corriente en chorro se desliza hacia el sur, aumentará las entradas de aire frío (Nota al Pie #2). Pero el vórtice también puede contraerse, con la corriente de chorro moviéndose hacia el norte, lo que significa un tiempo más cálido en el lugar donde vives (vimos que sucedió en los EE.UU. y Eurasia durante partes de diciembre de 2019 y enero de 2020).

En la estratósfera: la carretera principal

Luego está la estratosfera, en la que la mayoría de las veces no coincide con lo que está sucediendo cerca de la superficie. La estratósfera es más tranquila, generalmente mucho menos turbulenta que la troposfera. El borde del vórtice polar estratosférico es donde ocurren los vientos más fuertes, la corriente en chorro (un chorro que está a una altitud mucho más elevada). Es una especie de enfriamiento en el aire que fluye en un círculo más o menos concéntrico alrededor del polo 

Vientos que soplan en el nivel geopotencial de 10-hPa el 12 de enero de 2020 (en promedio está a 30 km sobre el nivel del mar y está dentro de la estroposfera). Imagen modificada por NOAA Climate.gov usando imágenes de Earth Nullschool (fuente de datos: GDAS de NOAA).  

A veces el vórtice estratosférico está haciendo lo suyo, dando vueltas, y entonces -de repente- ¡la troposfera podría empezar a golpear la estratosfera desde abajo! ¡Oye! ¡Métete en tus asuntos, troposfera! ¡Esto molesta de verdad! (importante advertencia en la nota al pie #3)

Esta invasión generalmente suele ocurrir durante el invierno. La circulación atmosférica en la troposfera puede volverse lo suficientemente fuerte como para arrastrar el calor a la estratosfera superior, lo que, claramente, puede alterar el vórtice polar estratosférico.

A veces los vientos estratosféricos simplemente se debilitan o se fortalecen, pero cuando la estratósfera se altera realmente, ocurre un repentino calentamiento estratosférico.

Estos son los momentos en los que los científicos y los predictores comienzan a hablar entusiasmados sobre el vórtice polar a sus amigos. Principalmente porque estos sucesos son altamente perturbadores en la circulación planetaria y son momentos en los que la ruptura del vórtice estratosférico puede debilitar el vórtice troposférico. Amy Butler (@DrAHButler) ya ha hablado antes de este tipo de fenómeno en nuestro blog, así que revisa estos artículos (aquí y aquí) para refrescarte.

Rutas alternativas

A continuación, se puede ver una imagen que muestra las desviaciones de presión promediadas sobre el Ártico durante un evento de calentamiento repentino a principios de 2013. El sombreado en rojo de principios a mediados de enero de 2013 es vertical, lo que indica que un vórtice más débil (y las presiones superiores al promedio) se extiende desde la superficie (borde inferior) hasta la estratosfera (borde superior). Luego, a partir de mediados de enero, el vórtice más débil (sombreado en rojo) desciende desde la estratosfera hasta la troposfera (el sombreado en azul indica presiones más bajas o donde el vórtice es más fuerte de lo normal).

Calentamiento súbito de la estratosfera durante enero-marzo de 2013. La imagen muestra anomalías de altura geopotencial, lo que indica diferencias de presión sobre el casquete polar del hemisferio norte (promediadas de 65°N a 90°N). El sombreado en rojo es un indicador de una presión superior al promedio sobre el Ártico y el sombreado en azul indica una presión inferior al promedio. El eje x muestra la evolución temporal y el eje y muestra los niveles de presión en hectopascales, hPa (la superficie de la Tierra está situada en la parte inferior de la imagen y la división entre la estratósfera y la troposfera está situada alrededor de 250-300hPa).  Imagen cortesía de CPC Stratospheric monitoring de la fuente de datos de GDAS (NOAA).  

Los calentamientos repentinos de la estratosfera y otros casos en los que el vórtice polar estratosférico se debilita pueden influir en la circulación troposférica y aumentar las posibilidades de que se produzcan flujos de aire frío en las latitudes medias (y condiciones más cálidas cerca del Ártico). Estos impactos en la superficie no son un hecho - los pronósticos son probabilísticos por una razón. La variabilidad de un evento a otro puede hacer que sea difícil incorporar estos impactos en los pronósticos (Nota al pie #4).

El vórtice polar estratosférico también puede fortalecerse, lo que en contra de la intuición (¡fortalecer los polos!) puede significar en realidad temperaturas por encima de la media para partes de América del Norte y Eurasia. De hecho, es posible que el fortalecimiento del vórtice polar estratosférico haya cargado los dados a favor de un invierno más suave (Diciembre 2019- Enero 2020). En estos casos, te sugerimos que te quites el jersey.

 * Gracias a Amy Butler (NOAA ESRL), Darryn Waugh (John Hopkins), Craig Long (NOAA CPC), y Laura Ciasto (NOAA CPC) por sus revisiones y sugerencias

 Pie de página

(1) En este artículo voy a centrarme principalmente en los vórtices polares que se giran alrededor del hemisferio norte, pero ten en cuenta que también hay vórtices polares en el hemisferio sur, que se mueven alrededor de los océanos australes y la Antártida. La estratosfera y la troposfera sólo pueden acoplarse durante el otoño y la primavera (aproximadamente de octubre a abril en el hemisferio norte). Esto se debe a que el flujo de la estratosfera inferior es generalmente hacia el oeste (soplando de oeste a este) y por lo tanto puede ser afectado por las ondas que se propagan hacia arriba desde la troposfera. Durante el verano, el vórtice polar estratosférico se rompe y los vientos son en su mayoría del este y por lo tanto no es sensible a la troposfera.

(2) Hay que tener en cuenta que los flujos de aire frío no tienen por qué estar asociados a un cambio a nivel hemisférico en el vórtice polar troposférico. A menudo, hay un desplazamiento en el vórtice polar troposférico sobre una cierta región (desplazamientos de chorro hacia el sur), de modo que esa región particular experimenta una entrada de aire frío. Asimismo, al mismo tiempo que el vórtice polar troposférico se está desplazando hacia el sur en una región (por ejemplo, el este de Norteamérica), podría estar desplazándose hacia el norte en otra región (por ejemplo, el oeste de Norteamérica). Este desplazamiento hacia el norte podría tener el efecto de reducir el número de entradas de aire frío y llevarnos a condiciones más suaves.

(3) Énfasis en el "a veces". Existe una investigación en marcha que está estudiando si el incremento de la actividad de onda troposférica anómala es necesario para instigar cambios significativos en le estratosfera. Otras condiciones estratosféricas pueden ser necesarias como tener una cierta geometría de vórtice o resonancia interna (de la Cámara et al., 2019). Por lo tanto, también es el caso de que un aumento en la actividad de las ondas troposféricas podría a veces estar reflejando estos cambios estratosféricos y no causándolos.

(4) A veces un calentamiento estratosférico repentino no conduce a un cambio claro en el vórtice troposférico (y ejerce menor influencia en la temperatura de la superficie). De hecho, el período enero-marzo de 2019 es un caso de este tipo (imagen aquí). El debilitamiento del vórtice polar parece tener problemas por debajo de 200mb y dentro de la troposfera. Si tienes curiosidad y quieres examinar más calentamientos estratosféricos repentinos, mira la página web de Amy donde ella y sus colegas los documentan a través de la historia.

Fuente: Author: Michelle L'Heureux

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