miniatura|Configuració general dels corrents en jet polar i subtropical Un vòrtex circumpolar, o simplement vòrtex polar, és una gran regió d'aire fred i rotatiu que envolta les dues regions polars de la Terra. Els vòrtexs polars també existeixen en altres cossos planetaris rotatius i de baixa obliqüitat.
El terme vòrtex polar es pot utilitzar per descriure dos fenòmens diferents; el vòrtex polar estratosfèric i el vòrtex polar troposfèric. Els vòrtexs polars estratosfèrics i troposfèrics giren en la direcció del gir de la Terra, però són fenòmens diferents que tenen diferents mides, estructures, cicles estacionals i impactes sobre el clima.
El vòrtex polar estratosfèric és una zona de vents d'alta velocitat i rotació ciclònica d'uns 15 a 50 km d'alçada, prop dels pols (a 50° de latitud), i és més fort a l'hivern. Es forma a la tardor quan les temperatures àrtiques o antàrtiques es refreden ràpidament quan comença la nit polar. L'augment de la diferència de temperatura entre el pol i els tròpics provoca forts vents i l'efecte de Coriolis fa que el vòrtex giri. El vòrtex polar estratosfèric es desfà a la primavera quan acaba la nit polar. Un escalfament estratosfèric sobtat és un esdeveniment que es produeix quan el vòrtex estratosfèric es trenca durant l'hivern i pot tenir impactes significatius en el clima de la superfície terrestre. Els escalfaments estratosfèrics sobtats del vòrtex estratosfèric es van descobrir l'any 1952 amb observacions de radiosonda a altituds superiors a 20 km.
El vòrtex polar troposfèric es defineix sovint com l'àrea cap als pols del corrent en jet troposfèric. Es troba a una latitud entre 40° i 50° i s'estén des de la superfície fins a uns 10 a 15 km. El seu cicle anual difereix del vòrtex estratosfèric perquè el vòrtex troposfèric existeix tot l'any, però és similar al vòrtex estratosfèric ja que també és més fort a l'hivern, quan les regions polars són més fredes. El vòrtex polar troposfèric es va descriure per primera vegada l'any 1853. El vòrtex polar troposfèric es va esmentar amb freqüència a les notícies i als mitjans meteorològics durant el fred hivern nord-americà del 2013 al 2014, popularitzant el terme com a explicació de temperatures molt fredes. El vòrtex troposfèric va augmentar la visibilitat pública el 2021 com a conseqüència de les temperatures de fred extrem al centre dels Estats Units d'Amèrica, i els experts van relacionar els seus efectes amb el canvi climàtic.
El desgast de la capa l'ozó es produeix dins dels vòrtexs polars, especialment a l'hemisferi sud, arribant a un desgast màxim a la primavera.
Vòrtex àrtic i antàrtic Hemisferi nord
Quan el vòrtex troposfèric de l'Àrtida és fort, té una forma ben definida i és gairebé circular, amb un únic vòrtex amb un corrent en jet que està ben restringit prop del front polar i l'aire àrtic està ben contingut. Quan el vòrtex troposfèric del nord es debilita, es trenca en dos o més vòrtexs més petits, els més forts dels quals es troben a prop de l'illa de Baffin (Nunavut), i l'altre al nord-est de Sibèria. Quan és molt feble, el flux d'aire de l'Àrtic es torna més desorganitzat i les masses d'aire fred de l'Àrtic poden empènyer cap a l'equador, provocant una baixada de temperatura ràpida i brusca.
S'ha atribuït l'onada de fred de finals de gener de 2019 que va afectar gran part dels Estats Units d'Amèrica i al Canadà a un «vòrtex polar». Aquest no és l'ús científicament correcte del terme vòrtex polar, sinó que es refereix a brots d'aire fred àrtic causats per un vòrtex polar debilitat. El Servei Meteorològic Nacional dels Estats Units va advertir que la congelació era possible amb només 10 minuts d'estar a l'exterior amb aquelles temperatures tan extremes, i es van tancar centenars de col·legis i universitats de les zones afectades. Al voltant de 21 persones van morir als Estats Units d'Amèrica a causa d'una greu congelació. Els estats de la regió del centre-oest dels Estats Units d'Amèrica van patir temperatures al voltant de -45 °C. També es creu que el vòrtex polar va tenir efectes a Europa. Per exemple, les inundacions d'hivern del 2013-2014 al Regne Unit es van culpar al vòrtex polar que va provocar un fort fred als Estats Units i al Canadà. De la mateixa manera, el fort fred al Regne Unit durant els hiverns de 2009-2010 i 2010-2011 també es va atribuir al vòrtex polar.
Hemisferi sud
El vòrtex antàrtic de l'hemisferi sud és una única zona de baixa pressió que es troba prop de la vora de la plataforma de gel de Ross, a prop dels 160° de longitud oest. Quan el vòrtex polar és fort, els vents de l'oest de latitud mitjana (vents a nivell superficial entre 30° i 60° de latitud des de l'oest) augmenten de força i són persistents. Quan el vòrtex polar és feble, les zones d'alta pressió de les latituds mitjanes poden empènyer cap als pols, movent el vòrtex polar, el corrent en jet i el front polar cap a l'equador. Es por observar que el corrent en jet «s'enfonsa» i es desvia cap al sud. Això posa ràpidament en contacte l'aire sec i fred amb l'aire càlid i humit de les latituds mitjanes, donant lloc a un canvi de temps ràpid i espectacular conegut com a «cold snap».
A Austràlia, el vòrtex polar, conegut allà com a «explosió polar»(polar blast) o «immersió polar» (polar plunge), és un front fred que arrossega l'aire de l'Antàrtida que porta ruixats de pluja, neu (típicament terra endins, amb tempestes de neu a les terres altes), vents glaçats amb ràfegues i calamarsa a les parts del sud-est del país, com a Victòria, Tasmània, la costa sud-est d'Austràlia Meridional i la meitat sud de Nova Gal·les del Sud (però només al costat del sobrevent de la Gran Serralada Divisoria, mentre que el costat de sotavent es veurà afectat pels vents foehn).
Identificació Les bases dels dos vòrtex polars es troben a la troposfera mitjana i superior i s'estenen a l'estratosfera. A sota hi ha una gran massa d'aire àrtic fred i dens. La interfície entre la massa d'aire sec fred del pol i la massa d'aire càlid humit més al sud defineix la ubicació del front polar. El front polar està centrat, aproximadament a 60° de latitud. Un vòrtex polar s'enforteix a l'hivern i es debilita a l'estiu per la seva dependència de la diferència de temperatura entre l'equador i els pols.
Els ciclons polars són zones de baixa pressió incrustades dins de les masses d'aire polar, i existeixen durant tot l'any. El vòrtex polar estratosfèric es desenvolupa a latituds per sobre del corrent en jet subtropical. Horitzontalment, la majoria dels vòrtexs polars tenen un radi de menys de 1.000 km.
Com que els vòrtexs polars existeixen des de l'estratosfera cap avall fins a la troposfera mitjana, s'utilitzen una varietat d'altures/nivells de pressió per marcar la seva posició. La superfície de pressió de 50 hPa s'utilitza més sovint per identificar la seva ubicació estratosfèrica. Al nivell de la tropopausa, es pot utilitzar l'extensió dels contorns tancats de la temperatura potencial per determinar la seva força. Altres han utilitzat nivells fins al nivell de pressió de 500 hPa (uns 5.460 metres sobre el nivell del mar durant l'hivern) per identificar el vòrtex polar.
Durada i força Els vòrtexs polars són més febles a l'estiu i més forts a l'hivern. Els ciclons extratropicals que migren a latituds més altes quan el vòrtex polar és feble poden interrompre el vòrtex únic creant vòrtexs més petits (mínims de nucli fred) dins de la massa d'aire polar. Aquests vòrtexs individuals poden persistir durant més d'un mes.
Les erupcions volcàniques als tròpics poden provocar un vòrtex polar més fort durant l'hivern durant els dos anys posteriors. La força i la posició del vòrtex polar configuren el patró de flux en una àrea àmplia al seu voltant. Un índex que s'utilitza a l'hemisferi nord per mesurar la seva magnitud és l'oscil·lació àrtica.
Quan el vòrtex àrtic és més fort, hi ha un únic vòrtex, però normalment, el vòrtex àrtic és de forma allargada, amb dos centres de ciclons, un sobre l'illa de Baffin (Canadà) i l'altre al nord-est de Sibèria. Quan el patró de l'Àrtic es troba en el seu nivell més feble, les masses d'aire subtropical poden entrar cap al pol fent que les masses d'aire de l'Àrtida es moguin cap a l'equador, com va passar durant onada de fred nord-americana de 1985.
El vòrtex polar antàrtic és més pronunciat i persistent que el de l'àrtic. A l'Àrtic la distribució de masses terrestres a latituds altes a l'hemisferi nord dona lloc a les ones de Rossby que contribueixen a la ruptura del vòrtex polar, mentre que a l'hemisferi sud el vòrtex està menys alterat. La ruptura del vòrtex polar és un esdeveniment extrem conegut com a escalfament estratosfèric sobtat, on el vòrtex es trenca completament i es pot produir un escalfament associat de 30 a 50 °C durant uns quants dies.
La creixent i la disminució del vòrtex polar és impulsada pel moviment de la massa i la transferència de calor a la regió polar. A la tardor, els vents circumpolars augmenten de velocitat i el vòrtex polar puja a l'estratosfera. El resultat és que l'aire polar forma una massa d'aire giratòria coherent: el vòrtex polar. A mesura que s'acosta l'hivern, el nucli del vòrtex es refreda, els vents disminueixen i l'energia del vòrtex disminueix. Un cop s'acosta el final de l'hivern i principis de primavera, el vòrtex és més feble. Com a resultat, a finals de l'hivern, grans fragments de l'aire del vòrtex es poden desviar cap a latituds més baixes per sistemes meteorològics més forts que s'introdueixen des d'aquestes latituds. Al nivell més baix de l'estratosfera, es mantenen forts gradients de vorticitat potencial, i la majoria d'aquest aire roman confinat dins de la massa d'aire polar fins al desembre a l'hemisferi sud i abril a l'hemisferi nord, molt després de la ruptura del vòrtex a l'estratosfera mitjana.
La ruptura del vòrtex polar nord es produeix entre mitjans de març i mitjans de maig. Aquest esdeveniment significa la transició de l'hivern a la primavera i té impactes en el cicle hidrològic, el creixement estacional de la vegetació i la productivitat global de l'ecosistema. El moment de la transició també influeix en els canvis en el gel marí, l'ozó, la temperatura de l'aire i la nuvolositat. S'han produït episodis de ruptura polar primerenca i tardana, a causa de variacions en l'estructura del flux estratosfèric i la propagació ascendent de les ones planetàries des de la troposfera. Com a resultat de l'augment de les ones al vòrtex, el vòrtex experimenta un escalfament més ràpid del normal, donant lloc a una ruptura i primavera més primerenques. Quan la ruptura arriba primerenca, es caracteritza per la persistència de restes del vòrtex. Quan la ruptura és tardana, les restes es dissipen ràpidament. Quan la ruptura és primerenca, hi ha un període d'escalfament des de finals de febrer fins a mitjans de març. Quan la ruptura és tardana, hi ha dos períodes d'escalfament, un de gener i un altre de març. La temperatura mitjana zonal, el vent i l'alçada geopotencial exerceixen desviacions diferents dels seus valors normals abans i després de les ruptures primerenques, mentre que les desviacions es mantenen constants abans i després de les ruptures tardanes. Els científics estan connectant un retard en la ruptura del vòrtex àrtic amb una reducció de les activitats de les ones planetàries, pocs esdeveniments d'escalfament estratosfèric sobtat i l'esgotament de l'ozó.
miniatura|Zona de baixa pressió sobre Quebec, Maine i New Brunswick causada pel debilitament del vòrtex polar nord. Matí fred del 21 de gener de 1985