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[[Datei:North america polar vortex january 2019.webm|mini|Grafische Animation des Nordpolarwirbels und der arktischen Oszillation zwischen 24. und 29. Januar 2019: Die Ausdehnung und Ausstülpung führt zu sehr kalten Temperaturen bis in die Mitte Nordamerikas<ref>{{Internetquelle |url=https://earthobservatory.nasa.gov/images/144489/arctic-weather-plunges-into-north-america |titel=Arctic Weather Plunges into North America |datum=2019-01-29 |abruf=2020-04-07 |sprache=en}}</ref>]]
[[Datei:Earth Global Circulation - de.svg|mini|Lage der nörd- und südlichen [[Polarzelle]] sowie weitere Basiselemente der globalen [[Meteorologie]] („Wetterküche“)]]
'''Polarwirbel''' '''({{enS|polar vortex}})''' sind Bereiche kalter, rotierender Luft, welche beide [[Polarregion]]en der [[Erde]] und anderer Himmelskörper umgeben.

Die beiden Polarwirbel der Erde über der [[Arktis]] bzw. [[Antarktis]] sind großräumige [[Höhentief]]s<ref>{{Internetquelle |autor=AMetSoc |url=http://glossary.ametsoc.org/wiki/Polar_vortex |titel=Polar vortex |werk=Glossary |abruf=2014-08-18}}</ref> mit einem Durchmesser von ca. unter 1.000 Kilometern. Beide sind wesentliche Elemente der [[Atmosphärische Zirkulation|atmosphärischen Zirkulation]] und gehören zu den großen Systemen der globalen [[Telekonnektion]]; die Basen der beiden Polarwirbel befinden sich in der mittleren und oberen [[Troposphäre]] und reichen bis in die [[Stratosphäre]] hinauf.

Bei einem Polarwirbel handelt es sich wissenschaftlich um eine kohärente Struktur mit absoluter [[potentielle Vortizität|potenzieller Vortizität]], die größer ist als die polare planetare potenzielle Vortizität, und die über oder in der Nähe des Pols zentriert ist.<ref name="mitchell">Mitchell, D.M. et al. 2021. Polar vortices in planetary atmospheres. Reviews of Geophysics. {{DOI|10.1029/2020RG000723}}</ref> Hierbei lassen sich zwei Arten unterscheiden. Einerseits sind Polarwirbel Strömungen, in denen eine überwiegend zirkumpolare zyklonische Strömung vorliegt.<ref name="mitchell" /> Beispiele hierfür sind die polaren Winterzirkulationen der Stratosphäre von [[Erde]] und [[Titan (Mond)|Titan]] sowie der unteren Atmosphäre des [[Mars (Planet)|Mars]].<ref name="mitchell" /> Andererseits sind Polarwirbel Strömungen kleineren horizontalen Maßstabs, bei denen die zonalen Asymmetrien groß genug sind, dass eine starke zirkumpolare Strömung fehlt oder von untergeordneter Bedeutung ist.<ref name="mitchell" /> Beispiele hierfür sind die Wirbelhaufen des [[Jupiter (Planet)|Jupiter]] oder troposphärische Polarzyklone im synoptischen Maßstab auf der Erde.<ref name="mitchell" />

== Hintergrund ==
Polarwirbel entstehen aufgrund der negativen [[Strahlungsbilanz]] der [[Polargebiet]]e als Kaltluftzonen: In der Höhe nimmt der [[Luftdruck]] polwärts deutlicher ab, als er bodennah in dieser Richtung zunimmt. Den Druckunterschieden steht die [[Corioliskraft]] zirkumpolarer Strömungen entgegen, bodennah schwach ausgeprägt, in der Höhe kräftig ostwärts: Die Winde werden in Bewegungsrichtung nach rechts abgelenkt, in der Folge als [[polare Ostwinde]] bezeichnet; am [[Nordpol]] dreht sich das Tief also gegen den, am [[Südpol]] im [[Drehrichtung|Uhrzeigersinn]]. Polarwirbel treten aufgrund der dann besonders großen Temperaturunterschiede verstärkt im [[Polarwinter]] auf; im Sommer schwächen sie sich aufgrund ihrer Abhängigkeit von den Temperaturdifferenzen zwischen dem [[Äquator]] und den Polen ab. Die Wirbel sind auch von Jahr zu Jahr unterschiedlich stark ausgeprägt, mit dem [[Arktische Oszillation#AO-Index|AO-Index]] wird die Stärke des nördlichen angegeben: Wenn der nördliche Wirbel stark und damit gut definiert ist, gibt es einen einzigen Wirbel mit einem [[Jetstream]] und die arktische Luft ist gut „gefangen“; ist er wie im Allgemeinen schwächer, teilt er sich in zwei oder mehr kleinere Wirbel, von denen der stärkste in der Nähe von [[Baffin Island]] ([[Kanada]]) und der andere über dem Nordosten [[Sibirien]]s zirkuliert<ref name="glossvortex">{{cite web |website=Glossar der Meteorologie |date=2000-06 |url=http://glossary.ametsoc.org/wiki/Polar_vortex |title=Polarwirbel |publisher=[[American Meteorological Society]] |accessdate=2008-06-15}}</ref>; wenn er sehr schwach ist, wird die Strömung der arktischen Luft unorganisierter, und Massen kalter arktischer Luft können sich Richtung Äquator bewegen, was einen schnellen und starken Temperaturabfall in den entsprechenden Gegenden mit sich bringt.

Die Schnittstelle zwischen der kalten trockenen Luftmasse des Nordpols und den wärmeren und feuchteren Luftmassen weiter südlich definiert die Lage der „[[Polarfront]]“, sie hat ihren Mittelpunkt in der Regel bei ca. 60° [[Geographische Breite|geographischer Breite]];<ref name="HB">Halldór Björnsson: {{Webarchiv|url=http://andvari.vedur.is/~halldor/HB/Met210old/GlobCirc.html |archive-is=20120524234329 |text=''Global circulation''.}} Veðurstofa Íslands. Abgerufen am 15. Juni 2008 (englisch).</ref> die „[[Polarzelle]]“ markiert die zugrundeliegende Hauptzelle des globalen Klimasystems.

Der Einschluss der polaren [[Luftmasse (Meteorologie)|Luftmassen]] im Auge der Polarwirbel ist eine Ursache der Entstehung von [[Ozonloch|polaren Ozonlöchern]], eine andere sind die sehr tiefen Temperaturen insbesondere hoch über dem [[Kontinent]] [[Antarktika]].

[[Datei:Nao+ao~variance.gif|mini|hochkant=1.2|Varianz der monatlichen Basiswerte für A- und AAO (NOAA; 1950–2000)<ref name="cpc.ncep.noaa">''[http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/history/method.shtml Teleconnection Pattern Calculation Procedures:] 2. North Atlantic Oscillation / Pacific - North American pattern (NAO/PNA).'' cpc.ncep.noaa.gov ''> Monitoring Weather & Climate > Teleconnections;'' und ''[http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/teledoc/telepatcalc.shtml Technique for Identifying the Northern Hemisphere Teleconnection Patterns.]'' cpc.ncep.noaa.gov ''> Monitoring and Data > Oceanic & Atmospheric Data > Northern Hemisphere Teleconnection Patterns'' (beide abgerufen am 25. November 2017; englisch)</ref>]]
Dynamik und Potential der Polarwirbel, das Maß ihrer Ausprägung und der damit möglichen Bewegungsmuster (''-> [[Rossby-Welle]]n'') werden mittels des „AO“- (''-> [[Arktische Oszillation]]'') bzw. „AAO“-Indexes (''-> [[#Antarktische Oszillation|Antarktische Oszillation]]'') berechnet und ausgedrückt; aus ihnen lassen sich Wahrscheinlichkeiten entsprechender groß- und kleinformatiger Wettereinflüsse ableiten.

== Arktische Oszillation ==
Die '''Arktische Oszillation''' (AO, engl. auch '''''Northern Hemispheric Annular Mode''''' (NAM)) ist Ausdruck des [[Luftdruck]]gegensatzes zwischen den [[arktis]]chen und den [[Mittlere Breiten|mittleren Breiten]] auf der [[Nordhemisphäre]]: Die längerfristige statische Hauptlage des nördlichen Polarwirbels ist direkt über dem [[Nordpolarmeer]], mit einer Tendenz zu [[Islandtief]]s. Er hat aber aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung warmer Wasserflächen und kalter Landmassen oft zwei verlagerte Zentren: Eines über Nord[[ostsibirien]] und eines über Nordost[[kanada]]<ref name="spektrum">''[http://www.spektrum.de/lexikon/geographie/polartief/6120 Polartief].'' In: Spektrum Akademischer Verlag: ''Lexikon der Geographie'', 2001.</ref> – und wird im Frühjahr schneller als die AAO zerstört. Außerdem kann sich der Wirbel dann zeitweise in meist vier Kerne aufspalten, die kleeblattartig um einen vergleichsweise milden Pol liegen. Das tritt typischerweise bei stark schwingendem [[Jetstream]] auf und führt zu Extremwetterlagen der ganzen Nordhalbkugel ''(Polar vortex split)''.

Durchschnittlich alle zwei Jahre tritt im Winter der [[Nordhalbkugel]] das Phänomen einer [[Plötzliche Stratosphärenerwärmung|plötzlichen Stratosphärenerwärmung]] auf, das mit einem Zusammenbruch des arktischen Polarwirbels verbunden ist.
{{Hauptartikel|Arktische Oszillation}}

== Antarktische Oszillation ==
Die '''Antarktische Oszillation''' der [[Südhalbkugel]] (AAO) ist stärker und langlebiger als die AO, weil die {{lang|en|„[[Roaring Forties]]“}} kaum durch [[Landfläche|Landmassen]] gebremst werden; sie ist in der Nähe des [[Ross-Schelfeis]]-Rands nahe 160° [[Geographische Länge|westlicher Länge]] zu finden. Ist der Südpolarwirbel stark ausgeprägt, wird auch der [[Windrichtung|Westwind]] der mittleren Breitengrade (Winde an der [[Erdoberfläche]] zwischen 30° und 60° westlicher Breite) stärker und anhaltender. Ist dieser Polarwirbel schwächer, können [[Hochdruckgebiet|Hochdruckzonen]] der mittleren Breiten polwärts sowie den Polarwirbel, Jetstream und die Polarfront äquatorwärts drücken: Der Jetstream „verbiegt“ sich und weicht nach Süden ab; dadurch kommt kalte, trockene Luft schnell mit der warmen, feuchten Luft der mittleren Breiten in Kontakt, was zu einem raschen und dramatischen Wetterwechsel führt, der als „[[Kältewelle]]“ bekannt ist.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.eurekalert.org/news-releases/916533 |titel=Stratospheric polar vortex influences winter cold, researchers say |abruf=2020-04-10 |sprache=en}}</ref>

== Polarwirbel auf anderen Planeten ==
[[Datei:Mars cyclone.jpg|mini|Polarwirbel auf dem [[Mars (Planet)|Mars]]-Nordpol: In einer Höhe von etwa 1.600 km über der Marsoberfläche; rechts oberhalb des [[Zyklon]]s die entsprechende Eiskappe ([[Weltraumteleskop]] [[Hubble-Weltraumteleskop|Hubble]], 20. Februar 2007)<ref>[https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01545 photojournal.jpl.nasa.gov] (7. April 2020; englisch)</ref>]]
Auch von anderen astronomischen Körpern ([[Planet]]en) sind polare Wirbel bekannt, darunter [[Jupiter (Planet)|Jupiter]], [[Mars (Planet)|Mars]], [[Saturn (Planet)|Saturn]], Saturns größtem Mond [[Titan (Mond)|Titan]] sowie von der [[Venus (Planet)|Venus]], hier sogar ein Doppelwirbel, d. h. zwei Polarwirbel an einem Pol.<ref>{{Cite news|url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Venus_Express/Double_vortex_at_Venus_South_Pole_unveiled|title=Double vortex at Venus South Pole unveiled!|last=|first=|date=|work=European Space Agency|accessdate=2018-09-11|language=en-GB}}</ref>

Der Polarwirbel über dem Saturn-Südpol ist der einzige bekannte heiße solcher Wirbel in unserem [[Sonnensystem]].<ref>{{cite web|url = http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/saturn-020305.html|title = Saturn's Bull's-Eye Marks Its Hot Spot|year = 2005|publisher = NASA|accessdate = 2014-01-08|language = en|archiveurl = https://web.archive.org/web/20131125121735/http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/saturn-020305.html|archivedate = 2013-11-25|url-status = live|archivebot = 2024-04-17 14:46:33 InternetArchiveBot}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Meeresströmung]]
* [[Polare Verstärkung]]
* [[Polarluft]] (Eindringen der Luftmassen in [[Gemäßigte Zone|gemäßigte Breiten]])
* [[Polartief]] (Kurzfristige meteorologische Aktionszentren des Polarraums)
* [[Thermohaline Zirkulation]]

== Weblinks ==
{{Commonscat|Polar vortex|Polarwirbel}}
* ''NOAA Climate Prediction Center'': [http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao_index.html cpc.ncep.noaa.gov: ''Daily Arctic Oscillation Index''] (Aktuelle Werte und Vorhersagen des AO-Indexes)
* ''National Snow and Ice Data Center'': [http://nsidc.org/cryosphere/arctic-meteorology/weather_climate_patterns.html nsidc.org: ''Patterns in Arctic Weather and Climate''] („Muster in Arktischem Wetter und Klima“, Zusammenhang der Aktionszentren und Oszillationen)
* www.naturgewalten.de: [http://www.naturgewalten.de/nao.htm ''NAO / AO / Golfstrom'']
* www.welt.de: [https://www.welt.de/wissenschaft/article225969245/Polarwirbel-Split-Am-Nordpol-liegt-die-Ursache-des-extremen-Wetters.html Warum es jetzt in Deutschland so kalt ist]

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4380404-4|LCCN=sh89004927}}

[[Kategorie:Druckgebiete und Fronten]]
[[Kategorie:Wetter und Klima des nördlichen Polargebiets]]
[[Kategorie:Polarregionen]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]

Polarwirbel - Versionsgeschichte

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