Dlaczego mimo ocieplenia klimatu, zimą zdarzają się… ataki zimy? Jaki mechanizm odpowiada za to, że gdy w Ameryce panuje mróz, w Europie miewamy zimą wiosenne temperatury? W kolejnej odsłonie cyklu „Okiem meteorologia” Maciej Ostrowski tłumaczy, czym jest „cyrkulacja omega” – pojęcie, z którym mogliście spotkać się przy lekturze meteorologicznych analiz fal mrozów, upałów czy sytuacji smogowych.

W poprzednich porach zimowych i także w trakcie mijającej zimy obserwowaliśmy kilkunastodniowe okresy wyraźnego, zdecydowanie ponad przeciętnego ocieplenia. Dla przykładu na przełomie roku 2022/23 w całym kraju wystąpiła nadzwyczajna temperatura, zdecydowanie powyżej 12 stopni, zaś bliżej gór, gdzie dodaje się efekt fenowy, nawet powyżej 15 stopni. Do tego silniejszy wiatr, wyraźnie z południa, z porywami do 15 m/s, na pogórzach i w górach silniejszymi. Ciepło utrzymywało się także w następnych dniach (patrz też Zima 2022/2023: rekordy ciepła w Polsce, wielkie śniegi w Ameryce). Podobnie było i w tym roku, krótka analiza danych ze internetowej stacji meteo Warszawa Ursus, prowadzonej przez Lab-El Elektronika Laboratoryjna, mówi, że w styczniu, lutym i marcu mieliśmy na Mazowszu, w okolicach Warszawy minimum sześć okresów kilkudniowych temperatur powyżej plus 5 stopni, w pierwszej dekadzie marca maksima doszły do 20 stopni.

Ilustracja 2: Wykresy temperatury w pierwszych miesiącach 2025 r. na pograniczu Ursusa w Warszawie i Reguł. Źródło danych LAB-EL www.meteo.waw.pl

Otrzymujemy pytania jak to możliwe, że mimo iż trwa ocieplenie klimatu i Europie mieliśmy zimę raczej ciepłą, w Ameryce Północnej występowały równocześnie gwałtowne ataki zimy, obejmujący cały obszar Kanady i północną część USA. W zasadzie na takie pytania powinien odpowiadać autorytet z obszaru klimatologii, bowiem ci specjaliści wiedzą co było w atmosferze i jakie są obserwowane trendy zmian, zaś skromny meteorolog, wspierany numerycznym obliczaniem przyszłego stanu stara się zaś przewidzieć co będzie.

Cyrkulacja omega

Przynajmniej częściową odpowiedzią na to pytanie jest zdecydowanie częstsze występowanie cyrkulacji typu Ω (omega) w porównaniu do czysto zachodniego napływu i wędrówki kolejnych niżów z frontami z zachodu. W cyrkulacji Ω występuje silna rozbudowa ku północy obszarów wyżowych, początkowo połączonych z wyżami podzwrotnikowymi (azorskim, saharyjskim, arabskim), potem niekiedy oddzielonych od „matecznika” i utrzymujących się w wyższych szerokościach (powyżej 50 równoleżnika) jako wyż skandynawski czy północno-rosyjski. Po wschodniej i zachodniej stronie tej wielkoskalowej struktury zdecydowanie pogłębiają się na południe zatoki niżowe: na Atlantyku sięgają niekiedy do wybrzeży Maroka, a nawet do Wysp Kanaryjskich, a nad kontynentem dochodzą do Kaukazu, Turcji, Morza Egejskiego czy Półwyspu Bałkańskiego. Pomiędzy centrami wyżów a niżami przemieszczającymi się w głębokiej zatoce, panuje silny przepływ mas powietrza – po zachodniej stronie wyżu z południa ku północy, po wschodniej z północy na południe (oczywiście z odchyleniami zależnymi od tego, jak układa się oś klina wyżowego i sąsiadujących zatok niżowych). W sumie więc przepływ powietrza odbywa się po trajektorii przypominającej grecką literę Ω. Należy jeszcze wspomnieć, że zapoczątkowana cyrkulacja omega ma tendencję do powolnego ruchu na wschód i z reguły trwa nad środkową Europą, w tym nad Polską, 4-7 dni.

Czytelników głębiej zainteresowanych powstawaniem i trwaniem cyrkulacji Ω odsyłam do artykułu Fale na froncie.

Czym skutkuje cyrkulacja Ω nad środkową Europą?

W dobrze rozwiniętej cyrkulacji tego typu występują dwa przypadki, oba niekorzystne ze względu na kontrastową zmienność warunków pogodowych. W pierwszym przypadku, kiedy oś klina wyżowego przebiega na zachód od Polski, powietrze napływa z północy lub z północnego wschodu, znad Skandynawii czy Morza Białego i północnej Rosji. Te obszary są zimą pokryte śniegiem, więc powietrze płynące znad nich jest wówczas znacznie chłodniejsze od wypieranego znad Europy środkowej. Wiosną i wczesnym latem masy te przemieszczają się nad chłodniejszymi od lądu obszarami Morza Bałtyckiego, stopniowo się ochładzając.

Pamiętajmy, że chłodne masy łatwo osiadają, tworzy się inwersja wyżowa (warstwa w atmosferze, w której temperatura z wysokością rośnie zamiast spadać) blokująca rozwój chmur w chłodnej porze roku tylko do formy niskiego Stratocumulusa czy tylko Stratusa. W ciepłej porze roku pod inwersją osiadania tworzą się bezopadowe chmury Cumulus „pięknej pogody”, wieczorem zanikają tak więc nad ranem występują przymrozki w maju, a nawet w czerwcu. Zarówno w chłodnej jak i ciepłej porze roku napływ po wschodniej stronie rozległego wyżu powoduje ochłodzenie, w połowie stycznia zaczyna się zazwyczaj w kraju zima, w końcu kwietnia czy w maju mamy czas przymrozków mimo wysokich temperatur w dzień.

W drugim przypadku, gdy oś grzbietu fali górnej przechodzi na wschód czy południowy wschód od kraju, a jednocześnie zatoka nad zachodnią częścią Europy sięga aż po Maroko, a nawet po Wyspy Kanaryjskie, następuje wyraźna zmiana kierunku napływu powietrza (tzw. adwekcji): masy powietrza płyną z południowego zachodu na północny wschód, znad północnej Afryki, południa Europy, a przede wszystkim znad ciepłych obszarów oceanu. W drodze z kierunku południowo-zachodniego te masy powietrza przechodzą przez Alpy, na paśmie wysokich gór dochodzi do kondensacji i częstych opadów, a po zawietrznej pasma gór, na skutek zjawisk fenowych, masa wysusza się. Takie procesy występują także (choć mniej intensywnie) przy napływie z południa, nad Sudetami i polskimi Karpatami.

W takich sytuacjach mamy wówczas zdecydowanie wyższe temperatury, bowiem po ciepłym lecie i jesieni wschodni Atlantyk powyżej 60 równoleżnika, Morze Norweskie i Północne mają temperaturę jeszcze powyżej 9 stopni, centralny i południowy Bałtyk 7-5 stopni. Dopiero bliżej Grenlandii i Arktyki Kanadyjskiej ocean stopniowo się ochładza, ale na południe od 50 równoleżnika jego wody są dalej ciepłe, zdecydowanie powyżej 12 stopni, codzienną mapę temperatury powierzchni oceanu i mórz można uzyskać np. ze strony Climate Reanalyzer lub NOAA.

Masy powietrza napływające z bardziej południowej części Atlantyku, poniżej 45 równoleżnika, idą przez Hiszpanię i zachodnią część Morza Śródziemnego nad Włochy, Francję, a przez Alpy nad Bawarię, Dolną Austrię i Czechy. Napływ z południowego zachodu, a tym bardziej z południa, to zdecydowany wzrost zimowych temperatur: w ciągu dnia osiągają nawet 10-13 stopni. Miejscami jeszcze wyższa temperatura pojawia się na pogórzach, gdzie działa efekt fenowy.

Typową sytuację synoptyczną dla opisanego wyżej rozkładu cyrkulacyjnego przedstawia przykład z 8 lutego 2025, na lewej mapie zamieszczono pole geopotencjału poziomu 500hPa (w przybliżeniu – wysokość, na której ciśnienia spada do 500 hPa, w dekametrach, czarne linie), obszary cieplejszej i chłodniejszej części troposfery (kolorowe pasy) oraz pole ciśnienia przy ziemi (białe linie). Prawa mapa przedstawia rozkład temperatury nad podłożem na godzinę 12 UTC.

W tym samym czasie (8 lutego 2025) sytuacja w Ameryce jest diametralnie inna: w tylnej części głębokiego niżu atlantyckiego między Labradorem a południową Grenlandią, a osią wyżu nad wschodnim Pacyfikiem, napływa z Arktyki nad całą Kanadę i północ USA bardzo mroźne powietrze arktyczne.

Na mapach widać dwa zupełnie odmienne skutki cyrkulacji Omega – nad Europą znaczne zimowe ocieplenie, nad Kanadą i częścią USA atak zimy.

Dlaczego cyrkulacja omega pojawia się częściej?

Powstaje zasadnicze pytanie – co jest przyczyną, że globalna cyrkulacja zachodnia w strefie umiarkowanych szerokości częściej przyjmuje formę Ω, a nie „prostoliniowego” napływu z zachodu na wschód? Moim zdaniem przyczyny należy szukać w północnych częściach innych kontynentów – dla Atlantyku i Europy w Arktyce Kanadyjskiej, dla Pacyfiku i Japonii na Syberii. Bardzo wychłodzone masy powietrza z Arktyki Kanadyjskiej spływające na południe przez Morze Davisa nad Labrador i Nową Fundlandię w kontraście z ciepłymi wodami kierowanymi z Zatoki Meksykańskiej przez Golfstrom sprzyjają rozkręcaniu się głębokich niżów nad oceanem na wschód od Labradoru i na południe od Grenlandii i Islandii. Im cieplejsze są wody środkowej części północnego Atlantyku (w pasie między 35 a 55 równoleżnikiem) tym większe zasoby pary wodnej oddają powietrzu.

Kolejno, w rozwijającym się niżu następuje wydzielanie się znacznych ilości ciepła utajonego pobranego na parowanie oceanu w szerokościach pasatowych i podzwrotnikowych, a oddawanego atmosferze w trakcie kondensacji pary wodnej w systemach chmurowych głębokich niżów północno atlantyckich. Dla przypomnienia, kondensacja 1 grama pary wodnej oddaje ciepło 2257 J (dawniej 560 cal). W chmurze to ciepło nie ma się gdzie podziać, ogrzewa więc chmurę i napędza wstępujące ruchy pionowe oraz wirowanie systemu niżowego.

Czyli im aktywniejsze są na oceanie zimowe niże, tym samym silniejsze są napływy chłodu z Arktyki nad południe Kanady i północ, a czasem i centrum USA. Natomiast po wschodniej stronie niże te wyrzucają ze swojego obszaru olbrzymie ilości ciepłego powietrza, które kieruje się na wschód i północny wschód, tworząc przed niżem swoistą barierę. Dynamiczne wzrosty ciśnienia na Atlantyku przed każdym rozkręcającym się głębokim niżem wschodniego wybrzeża Ameryki nie dają się niczym innym wyjaśnić. Utworzony we wschodniej części Atlantyku (między Azorami a Iberią oraz północną Afryką) wyż przemieszcza się nad południowo-zachodnią, a potem centralną Europę, co powoduje, że pomiędzy nim a kolejnymi niżami atlantyckimi tworzy się strefa silnego napływu z południowego zachodu czy z południa. Czyli – im zimniejsza Arktyka kanadyjska tym cieplejsza zimą Europa.

Im częściej w sezonie zimowym utrzymują się cyrkulacje typu omega, tym częściej w Europie występują zimowe okresy wysokich temperatur. Jak sytuacja tej zimy wyglądała – nie w pojedynczym, podanym ilustracyjnie przypadku z 8 lutego – mówi ciekawy artykuł z 15 kwietnia 2025 omawiający raport European State of the Climate 2024, przygotowany przez Copernicus Climate Change Service i Światową Organizację Meteorologiczną (WMO).

The post Cyrkulacja omega, czyli ciepła zima w Europie, mrozy w Kanadzie appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.