Se están detectando fuertes anomalías de frío en la estratosfera sobre el hemisferio sur como consecuencia del vapor de agua proveniente de la erupción del volcán Hunga Tonga ocurrida en enero. Un enfriamiento de esta escala no se ha observado en los registros satelitales modernos, por lo que este es un evento significativo.

Ahora bien, ¿cómo este enfriamiento puede afectar a este lado del planeta en el próximo invierno de 2022/2023?

Agua en la atmósfera

El volcán submarino Hunga Tonga en el Pacífico Sur entró en erupción violentamente el 15 de enero de 2022. Tonga produjo una columna volcánica masiva que llegó a alcanzar los 58 km, tocando la mesosfera. En las siguientes imágenes satelitales infrarrojas de la erupción se puede ver la nube más cálida (verde-amarilla) en la estratosfera y la nube más fría (negra-blanca) en la troposfera.

La erupción inyectó gases volcánicos (azufre) en la estratosfera y una gran cantidad de agua en forma de vapor. El volumen de agua del penacho era muy elevado porque el volcán es "submarino" haciendo erupción fuera del océano. La erupción fue lo suficientemente fuerte como para enviar ondas de choque alrededor de todo el planeta varias veces.

El azufre tiene un efecto de enfriamiento global si se expulsa a la estratosfera en grandes cantidades. Un ejemplo bien conocido es la erupción del Pinatubo en 1991, que expulsó una gran cantidad de azufre a la estratosfera, enfriando las temperaturas de la Tierra durante los años siguientes. Al igual que el azufre, el vapor de agua enfría la estratosfera al reflejar la radiación solar entrante. 

¿Cuánta agua se inyectó en la estratosfera? En base a observaciones y mediciones se estima que la cantidad normal de agua en la estratosfera es de alrededor de 1.560 teragramos, pero después de la erupción de Hunga Tonga, la cantidad total de agua aumentó a más de 1.700 teragramos, lo que representa un aumento del 10% en el contenido total de vapor de agua estratosférico. Esta es una gran cantidad para provenir de un único evento. El vapor de agua se inyectó en la estratosfera superior, pero la mayor concentración se encuentra entre los 20 y 30 km.

Asimismo, en el análisis de la NASA de la anomalía del vapor de agua a un nivel de presión de alrededor de 26 hPa (25 km) se puede ver el aumento significativo después de la erupción, extendiéndose por el hemisferio sur y por el hemisferio norte.

Este hecho se comprueba en el gráfico de medias zonales elaborado a partir de los datos del sondeador MLS-AURA proporcionados por la NASA, en el que se muestra el contenido de vapor de agua en la estratosfera inferior a media, el 23 de agosto, observándose la nube de vapor de agua que se adentra profundamente en el hemisferio sur y también en el hemisferio norte.

Por tanto, como consecuencia de la erupción, una gran "nube" de vapor de agua rodea el globo en la estratosfera.

Enfriamiento estratosférico

El vapor de agua es muy potente para enfriar la estratosfera ya que desvía la radiación solar entrante, manteniendo las temperaturas más bajas. En los mapas de anomalía de temperatura de la estratosfera media del reanálisis del Laboratorio de Ciencias Físicas de la NOAA, se observa que en mayo de 2022 (izquierda) el cinturón más fuerte de anomalías frías estaba alrededor de los 30º de latitud sur, mientras que en julio (derecha) el enfriamiento es más fuerte, con las anomalías frías desplazadas hacia el polo sur. Estas anomalías de julio fueron sustanciales, alcanzando más de 10 grados por debajo de lo normal, extendiéndose como un cinturón alrededor de todo el hemisferio sur.

El gráfico de temperatura de la estratosfera media de la NOAA también muestra este enfriamiento inusual, alcanzándose temperaturas inferiores a las mínimas en los registros de los últimos 40 años.

Último análisis y pronóstico

El último análisis muestra las anomalías de enfriamiento que se conectan hasta las regiones polares. Es decir, que la mayor parte de la estratosfera sur está más fría de lo normal. Este es un resultado esperado después de una inyección tan fuerte de vapor de agua directamente en la estratosfera.

También se observa en el último análisis vertical. La mayor parte de la estratosfera sur está más fría de lo normal, desde las partes más bajas hasta la estratosfera media y alta. Entrando en septiembre, las anomalías frías continuarán sobre la estratosfera sur. A medida que el vórtice polar comience a debilitarse y regrese el calentamiento estacional, será interesante monitorear el progreso y los efectos del vapor de agua restante.

En el pronóstico de anomalías verticales para septiembre se pueden ver anomalías frías estables. Es probable que esto continúe durante varias semanas, ya que el efecto de enfriamiento persistirá mientras la concentración de vapor de agua sea lo suficientemente alta.

Influencia en el clima estacional

La cuestión es saber cómo afectará esto al clima global, especialmente (si es que lo hace) en el próximo invierno de 2022/2023.

Para este propósito, se ha elaborado un índice de anomalía de temperatura de julio a septiembre que cubre la estratosfera sobre las latitudes medias del hemisferio sur.

Se ha comparado este índice cambiante de un año a otro con los patrones cambiantes de temperatura y presión durante la temporada de invierno en el hemisferio norte realizando una correlación lineal, que simplemente compara los dos parámetros, revelando cualquier conexión potencial.

Hay que destacar que una correlación no significa causa y efecto directos, ya que puede haber otra señal de fondo que puede causar el mismo patrón de anomalía de presión. Se necesita más investigación para confirmar la respuesta del clima de enfriamiento estratosférico.

No obstante, se puede buscar un vínculo lineal simple entre el enfriamiento estratosférico y el clima invernal.

En la siguiente imagen se muestra que una respuesta al enfriamiento de la estratosfera sur sería un patrón de presión negativa de la NAO. NAO significa Oscilación del Atlántico Norte y describe el patrón de presión que afecta a América del Norte y Europa.

Un patrón NAO negativo significa una mayor presión sobre el Atlántico norte y Groenlandia y una menor presión hacia el sur. La siguiente imagen muestra el patrón de temperatura de una temporada de invierno NAO negativa, en la que se pueden ver temperaturas más frías en la mitad norte y este de los Estados Unidos y Europa.

Así, analizando las temporadas de invierno que siguen a años anormalmente fríos en la estratosfera del hemisferio sur, podemos ver un gran ejemplo de un patrón NAO negativo. Presión alta sobre Groenlandia y presión más baja sobre la mitad del Atlántico norte.

Por supuesto, debemos destacar que esto no significa que el enfriamiento estratosférico sea responsable de estos patrones. Cada año tiene otras influencias mucho más directas. Pero hay una pista o un patrón estadístico entre la estratosfera sur y la temporada de invierno del norte.

Estratosfera en la temporada de invierno

Un área de vinculación podría ser la misma estratosfera. Volviendo a mirar los mismos años, podemos ver que el patrón de presión correspondiente en la estratosfera norte muestra un vórtice polar más débil. Las anomalías de presión positivas (izquierda) en la estratosfera pueden indicar una circulación polar más débil.

Además, al observar las temperaturas invernales de la estratosfera norte (derecha), vemos anomalías de temperatura cálida en la estratosfera en estas estaciones invernales. Esto indica una circulación estratosférica más débil, lo que también puede significar un patrón de corriente en chorro más interrumpido a continuación.

Un vórtice polar fuerte generalmente significa una circulación polar fuerte. Esto generalmente bloquea el aire más frío en las regiones polares, creando condiciones más suaves para la mayor parte de los Estados Unidos y Europa.

Por el contrario, un vórtice polar débil puede crear un patrón de corriente en chorro débil. Como resultado, le resulta más difícil contener el aire frío, que puede escapar de las regiones polares hacia los Estados Unidos y/o Europa. Imagen de NOAA.

Los eventos de vórtice polar débil generalmente resultan de eventos de calentamiento estratosférico. Estos eventos pueden colapsar la circulación polar estratosférica, modificando en gran medida los patrones climáticos debajo y creando un patrón NAO negativo.

Obtenemos una imagen interesante si combinamos todos los eventos de calentamiento estratosférico y observamos el clima de 0 a 30 días después de los eventos de calentamiento estratosférico.

A continuación, se muestra la anomalía de presión (izquierda) promedio después de un evento de calentamiento estratosférico (SSW). Corresponde a un patrón NAO negativo. Este es un patrón de circulación muy interrumpido que ayuda a crear un camino libre para que el aire polar más frío salga de las regiones polares.

La temperatura promedio (derecha) correspondiente de 0 a 30 días después de un evento SSW muestra que la mayor parte de los Estados Unidos tienen una tendencia más fría de lo normal, al igual que Europa. (Nota: esta es una imagen promedio de muchos eventos SSW. Cada evento de calentamiento estratosférico individual es diferente y no significa automáticamente un patrón de invierno fuerte).

En cuanto a las nevadas, podemos ver nevadas por encima del promedio en gran parte del este de los Estados Unidos y también en Europa. Esta es una respuesta esperada, ya que normalmente, después de un gran calentamiento estratosférico, el aire más frío tiene un camino más fácil hacia el sur y hacia estas regiones.

Resumen

La erupción de enero de Hunga Tonga en el Pacífico Sur ha inyectado una gran cantidad de vapor de agua en la estratosfera. Ese vapor de agua ahora está causando un enfriamiento significativo de la estratosfera sur.

Observando los datos históricos descubrimos que hay una débil indicación de que el enfriamiento de la estratosfera sur coincide con eventos de calentamiento estratosférico posteriores en el hemisferio norte. Sin embargo, se necesita mucha más investigación, ya que pueden estar en juego otras señales de fondo.

El calentamiento estratosférico durante el invierno del hemisferio norte puede significar una fuerte interrupción de la circulación zonal. Esto provoca cambios de presión y puede liberar aire frío del Ártico hacia los Estados Unidos y Europa.

Tiene sentido que los cambios en la estratosfera en el lado sur del planeta también afecten al hemisferio norte. Como el enfriamiento en el hemisferio sur es sustancial, el próximo invierno será una gran "prueba de laboratorio" de la vida real de los posibles cambios climáticos globales.

Autor: Andrej Flis

Publicadoen Severe Weather Europeel 29 de agosto de 2022

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Si pensamos en cómo está constituida nuestra atmósfera, nos damos cuenta de cómo están conectadas y correlacionadas. Alrededor de la Tierra hay seis capas, la mayor parte de la dinámica meteorológica para la vida en nuestro planeta ocurre en las dos capas más bajas. Se conocen como las capas de la troposfera y la estratosfera, las otras cuatro son más altas como se puede ver a continuación. 

La más baja es la capa de la troposfera, en la que tiene lugar todo lo que ocurre sobre nosotros. Se extiende desde la superficie hasta 20 km por encima de nuestras cabezas (varía de 8 km, en el Polo, a casi 20 km, en el Ecuador). Es la parte de la atmósfera más densa, contiene aproximadamente cuatro quintas partes del aire del planeta y es en ella donde se producen los fenómenos atmosféricos.

La siguiente capa por encima de la troposfera es mucho más profunda, la conocemos como estratosfera. La capa de la estratosfera tiene una profundidad de unos 10-50 km y es una capa muy seca. Una parte importante de esta capa es también la capa de ozono que tiene un papel vital en la protección de la vida de nuestro planeta.

Pero la parte más importante de la estratosfera, la que realmente impulsa la dinámica de nuestro clima, se conoce como Vórtice Polar. Se trata de un enorme anillo tridimensional de vientos muy potentes sobre nosotros. El vórtice polar rodea los polos norte y sur y gira a unos 20-50 km por encima de la superficie de la Tierra.

En general, tanto las capas de la troposfera como las de la estratosfera son muy determinantes para el clima de nuestro planeta. El vórtice polar cubre básicamente la mayor parte de la mitad inferior de la atmósfera, extendiéndose desde la mitad de la troposfera de la Tierra hasta la capa de la estratosfera. 

Tiene un papel importante en el clima invernal en las latitudes altas y medias de todos los continentes, América del Norte, Europa y Asia. 

Aunque el Vórtice Polar gira muy por encima de nuestras cabezas, permanece directamente conectado con la parte inferior de la atmósfera. Por eso el Vórtice Polar condiciona nuestro tiempo atmosférico. Funciona como una gran circulación hemisférica en la parte inferior de la atmósfera. 

Formación del vórtice polar

En los meses de otoño, las regiones polares del hemisferio norte reciben cada vez menos luz solar. Esto ocurre debido a la mayor inclinación del eje de la Tierra, cuando el Polo Norte se  enfría. Como resultado, allí se producen noches polares sin luz solar. 

Mientras que las regiones polares se van enfriando con el tiempo, la capa de atmósfera que se encuentra hacia el ecuador, al sur, sigue siendo bastante cálida. Sigue recibiendo mucha más luz y energía del Sol en comparación con las regiones polares más al norte, lo que crea un mayor contraste de temperaturas. 

Las temperaturas más frías se extienden a en la región polar y ello también ocurre en la capa de la estratosfera que se encuentra por encima. Por lo tanto, el gradiente de temperatura entre el polo norte y las zonas ecuatoriales aumenta, lo que conduce al desarrollo de una gran circulación ciclónica de baja presión a través de la estratosfera polar. De ahí el nombre de Vórtice Polar.

Por lo tanto, el vórtice polar actúa como un enorme borrasca y cubre todo el Polo Norte, extendiéndose también a las regiones de latitudes medias. Lo mismo ocurre en el periodo invernal del hemisferio sur. El gráfico adjunto de arriba nos muestra el Vórtice Polar establecido sobre nosotros. Se encuentra a unos 30 km de altitud, cerca de la parte superior de la estratosfera durante la temporada de invierno. 

Durante la temporada de invierno 2021/22, el vórtice polar en el aire es muy fuerte e inusualmente activo. Ha sido el principal desencadenante del frío glacial, del estallido del Ártico y de las importantes tormentas invernales que han atravesado Canadá y Estados Unidos. La gran tormenta invernal que cubrió más de 3.219 km (2.000 millas) provocado por la actividad del Vórtice Polar.

La nueva perturbación de onda profunda de nivel superior se moverá a través de la mayor parte de los EE.UU., atrapada entre dos fuertes altas de bloqueo a cada lado. El sistema provocará el desarrollo de una importante tormenta de nieve y hielo en el centro y noreste de EEUU, seguida de otro fuerte brote de frío ártico hacia el sur en su estela.

Semana del 21 al 25 de febrero de 2021

Se prevé la aparición de nuevas nevadas, incluyendo aguanieve y lluvia helada, desde Oklahoma hasta los Grandes Lagos y más allá en el noreste de EE.UU. y el Atlántico canadiense después de mediados de semana.

Parece una historia interminable sobre la insólita intensidad del vórtice polar en esta temporada invernal. La masa de frío del Ártico sigue propagando oleadas de clima invernal hacia el sur de Norteamérica. Esta semana se perfila otro, que dará lugar a un importante descenso de las temperaturas de casi 10 º C (50 °F) desde esta noche hasta el martes. La ola de frío desencadenará dos tormentas invernales, Nancy y Oaklee, que darán lugar a una intensa semana de tiempo invernal en todo Estados Unidos, con nieve en la mitad norte, lluvia y tiempo severo en el sur.

El vórtice polar de 2022 también ha sido responsable de tres tormentas de viento consecutivas que han azotado partes de Europa esta semana. Su origen fue el mismo que el que ha afectado a Norteamérica, la enorme reserva de masa de aire extremadamente frío sobre el Ártico canadiense, que se desliza hacia el Atlántico Norte y desencadena violentas tormentas extratropicales.

Esta vez, una gran ráfaga de aire frío ártico se precipitará desde Canadá hacia el oeste y el centro de EE.UU. mientras el aire se calienta hacia el este y el sureste. Dos grandes sistemas frontales, Nancy y Oaklee, estarán en el punto de mira, ambos trayendo tiempo invernal y severo. El primero, la tormenta invernal Nancy, está provocando alertas meteorológicas en toda la mitad norte de Estados Unidos, desde Oregón hasta el Medio Oeste, ya que se prevé mucha nieve y también condiciones cercanas a la ventisca para esta noche.

Tras la tormenta Nancy de principios de semana, el jueves y el viernes le seguirá otra tormenta invernal potencialmente más importante, Oaklee. Se pronostica que la tormenta Oaklee traerá un tiempo invernal extremo con nieve y condiciones de hielo en la parte central de EEUU. Con una enorme reserva de frío ártico a su paso.

Otra preocupación con la intrusión del Ártico de esta semana es también una franja de tiempo severo potencial a través del centro y el sur de los EE.UU. Peligrosas tormentas severas con tornados, vientos peligrosos y granizo son cada vez más probables desde la noche del lunes hasta la mañana del miércoles. Posiblemente también el jueves por la noche.

¿Se pregunta por qué son tan frecuentes este año todas estas tormentas invernales intensas y los fenómenos de frío extremo en toda Norteamérica? La principal característica a gran escala que está detrás de todo esto es, en efecto, el Vórtice Polar sobre nosotros. Ha sido muy intenso y activo esta temporada de invierno 2021/22, con su parte más importante situada sobre Canadá y Estados Unidos este año.

Fuente: 

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El principal " actor" en estos eventos climáticos, es por supuesto el Vórtice Polar. Conecta el fondo de la atmósfera (con la que estamos en contacto) con la estratosfera que está encima de ella. Un fuerte intercambio de energía entre estas dos capas puede perturbar fuertemente el desarrollo del clima en todo el hemisferio norte.

¿QUÉ ES EL VÓRTICE POLAR? 

Todas las nubes se encuentran en la parte más baja de la atmósfera llamada troposfera. Alcanza hasta unos 8 km de altitud sobre las regiones polares y hasta unos 14-16 km sobre los trópicos. 

Por encima de ella, hay una capa mucho más profunda llamada estratosfera. Esta capa tiene alrededor de 30 km de espesor y es muy seca. Podemos ver las capas de la atmósfera en la imagen de abajo, con la estratosfera en tonos verdes, y la troposfera en azul en la parte inferior.