O vórtice polar é un ciclón persistente a grande escala situado preto das zonas polares terrestres que se sitúa na media e alta troposfera e na estratosfera. Comprende as altas presións polares e forma parte da fronte polar. O vórtice é máis potente no inverno hemisférico, cando o gradiente térmico é máis abupto, e diminúe ou desaparece en verán. O vórtice polar antártico é máis pronunciado e persistente do que o ártico; isto débese a que a distribución das masas de terra en latitudes elevadas do hemisferio norte implica un aumento das ondas de Rossby que contribúen a romper o vórtice, mentres que no hemisferio sur o vórtice vese menos afectado. O vórtice ártico ten forma alongada, con dous centros, un aproximadamente sobre a illa de Baffin no Canadá e o outro sobre o noroeste de Siberia.
O termo vótice polar pode usarse para describir dous fenómenos distintos: o vórtice polar estratosférico e o vórtice polar troposférico. Ambos os dous rotan na dirección da rotación da Terra, pero son fenómenos distintos que teñen diferentes tamaños, estruturas, ciclos estacionais e efectos sobre o tempo climatolóxico.
O vórtice polar estatosférico é unha área de ventos de alta velocidade que rotan ciclonicamente entre arredor dos 15 km e 50 km de altura, en dirección aos polos nun ángulo de 50°, e é máis forte en inverno. Fórmase durante o outono cando as temperaturas do Ártico ou Antártico arrefrían rapidamente a medida que empeza a noite polar. O aumento da diferenza de temperatura entre o polo e os trópicos causa fortes ventos, e o efecto Coriolis causa que o vórtice rote. O vórtice polar estratosférico desfaise durante a primavera a medida que a noite polar acaba. Un quecemento estratosférico súbito é un episodio que ocorre cando o vórtice estratosférico se desfai durante o inverno, e pode ter efectos significativos no tempo climatolóxico da superficie.
O vórtice polar troposférico adoita definirse como a área dirixida ao polo da corrente en chorro troposférica. O bordo dirixido cara ao ecuador ten un ángulo de 40° a 50°, e esténdese desde a superficie ata os 10 km a 15 km de altura. O seu ciclo anual difire do do vórtice estratosférico porque o vórtice troposférico existe durante todo o ano, pero é similar ao estratosférico en que tamén é máis forte en inverno cando a rexións polares están máis frías.
A química do vórtice polar antártico creou un debilitamento grave do ozono. O ácido nítrico que se encontra nas nubes polares estratosféricas reacciona cos CFCs formando cloro atómico (un só átomo de cloro libre, no canto dunha molécula diatómica), o cal cataliza a destrución fotoquímica do ozono. As concentracións de cloro formadas durante a noite do inverno polar, e a conseguinte destrución de ozono é maior cando volve a luz do Sol durante a primavera (setembro/outubro). Estas nubes só poden formarse con temperaturas inferiores a uns -80 °C, razón pola cal a rexión ártica, máis cálida, non ten burato de ozono.
O vórtice polar antártico mantense normalmente de agosto a novembro.
Sábese que outros corpos astronómicos teñen tamén vórtices polares, entre eles Venus (cun dobre vórtice, é dicir, dous vórtices polares nun mesmo polo ), Marte, Xúpiter, Saturno e a lúa maior de Saturno, Titán.
Vórtices árticos e antárticos Hemisferio norte
Cando o vórtice troposférico do Ártico é forte, está ben definido e ten unha forma case circular, hai un único vórtice cunha corrente en chorro que está ben limitada preto da fronte polar, e o aire do Ártico está ben contido. Cando o vórtice troposférico setentrional se debilita, o que xeralmente ocorre, divídese en dous ou máis vórtices máis pequenos, o máis forte dos cales se encontra preto da illa de Baffin e o outro sobre o noroeste de Siberia. Cando é moi débil, o fluxo de aire ártico vólvese máis desorganizado, e as masas de aire ártico frío poden empurrar cara ao ecuador, traendo con elas un rápido e brusco descenso da temperatura.
A chegada de ventos fríos non é sinónimo de vórtice polar. Por exemplo, unha vaga de intenso frío que se estendeu por gran parte dos Estados Unidos e o Canadá a finais de xaneiro de 2019 e que causou 21 mortos por conxelación foi atribuída a un "vórtice polar". Porén, este non é o uso cientificamente correcto do termo vórtice polar, senón que se refire ás entradas de aire frío do Ártico causadas por un vórtice polar debilitado. Nese episodio na rexión do medio oeste dos Estados Unidos tívose unha sensación térmica duns -45 °C. Crese que este episodio tivo tamén efectos en Europa, aumentando as inundacións invernais no Reino Unido en 2013-14. De forma similar, do frío intenso no Reino Unido nos invernos de 2010/11 tamén se culpou ao vórtice polar.
Hemisferio sur
O vórtice antártico do hemisferio sur é unha única zona de baixa presión que se encontra preto do bordo da plataforma de xeo Ross, preto dos 160° de lonxitude oeste. Cando o vórtice polar é forte, os ventos do oeste (Westerlies) de latitude media (ventos a nivel de superficie entre os 30° e os 60° de latitude oeste) aumentan a súa forza e son persistentes. Cando o vórtice polar é débil, as zonas de alta presión das latitudes medias poden empurrar cara ao polo, desprazando o vórtice polar, a corrente en chorro e a fronte polar cara ao ecuador. A corrente en chorro "dóbrase" e desvíase cara ao sur. Isto fai que o aire frío e seco entre rapidamente en contacto co aire cálido e húmido das latitudes medias, o que dá lugar a un cambio rápido e drástico do tempo coñecido como "vaga de frío".
En Australia, o vórtice polar, coñecido alí como "refacho polar" (polar blast) ou "caída polar" (polar plunge), é unha fronte fría que arrastra aire da Antártida que trae chuvascos, neve (normalmente no interior, con xistras nas terras altas), ventos xeados en refachos e sarabia nas zonas do sueste do país, como en Victoria, Tasmania, a costa sueste de Australia do Sur e a metade sur de Nova Gales do Sur (mais só no lado de barlovento da Gran Cordilleira Divisoria, mentres que o lado de sotavento se verá afectado por vento foehn).
Identificación As bases dos dous vórtices polares atópanse na troposfera media e alta e esténdense ata a estratosfera. Debaixo dela atópase unha gran masa de aire frío e denso do Ártico. A interface entre a masa de aire frío e seco do polo e a masa de aire cálido e húmido máis ao sur define a situación da fronte polar. A fronte polar está centrada aproximadamente nos 60° de latitude. Un vórtice polar fortalécese en invierno e debilítase en verán debido á súa dependencia da diferenza de temperatura entre o ecuador e os polos.Halldór Björnsson. . Veðurstofa Íslands. Consultado o 2008-06-15.
Os ciclóns polares son zonas de baixa presión incrustadas nas masas de aire polares, que existen durante todo o ano. O vórtice polar estratosférico desenvólvese en latitudes por riba da corrente en chorro subtropical. Horizontalmente, a maioría dos vórtices polares teñen un raio inferior a 1000 km.Cavallo, Steven M.; Hakim, Gregory J. (abril de 2009). "Potential Vorticity Diagnosis of a Tropopause Polar Cyclone". Monthly Weather Review. 137 (4): 1358–71 Dado que os vórtices polares existen desde a estratosfera cara a abaixo ata chegaren á troposfera media, utilízanse diversas alturas/niveis de presión para marcar a súa posición. A superficie de presión de 50 hPa é a máis utilizada para identificar a súa posición estratosférica. A nivel da tropopausa, a extensión das liñas pechadas de temperatura potencial pode utilizarse para determinar a súa forza. Outros usan os niveis de presión inferiores a 500 hPa (aproximadamente 5460 m sobre o nivel do mar durante o inverno) para identificar o vórtice polar.
Duración e forza miniatura|upright=1.75|Vórtice polar e efectos meteorolóxicos debidos ao quecemento da estratosfera.
Os vórtices polares son máis febles durante o verán e máis fortes durante o inverno. Os ciclóns extratropicais que migran a latitudes máis altas cando o vórtice polar é débil poden interromper o vórtice único creando vórtices máis pequenos (baixas de núcleo frío) dentro da masa de aire polar. Eses vórtices individuais poden persistir durante máis dun mes.
As erupciónss volcánicas nos trópicos poden provocar un vórtice polar máis forte durante o invierno ata dous anos despois. A forza e a posición do vórtice polar dan forma ao padrón de fluxo nunha ampla zona ao seu arredor. Un índice que se utiliza no hemisferio norte para medir a súa magnitude é a oscilación ártica.Todd Mitchell (2004). Arctic Oscillation (AO) time series, 1899 – June 2002. . Universidade de Washington. Consultado o 2009-03-02.
Cando o vórtice ártico está no seu momento máis forte, hai un único vórtice, pero normalmente, o vórtice ártico ten unha forma alongada, con dous centros ciclónicos, un sobre a illa de Baffin en Canadá e o outro sobre o nordés de Siberia. Cando o padrón ártico está no seu momento máis débil, as masas de aire subtropicais poden introducirse cara ao polo provocando que as masas de aire árticas se despracen cara ao ecuador, como aconteceu durante a vaga de frío ártico do inverno de 1985.Kevin Myatt (2005-01-17). Cold enough for snow, and more's on the way. Roanoke Times. Consultado o 2012-02-24. O vórtice polar antártico é máis pronunciado e persistente que o do ártico. No Ártico, a distribución das masas de terra nas latitudes altas do hemisferio norte dá lugar a ondas de Rossby que contribúen á rotura do vórtice polar, mentres que no hemisferio sur o vórtice está menos perturbado. A rotura do vórtice polar é un acontecemento extremo coñecido como quentamento súbito da estratosfera, na cal o vórtice rompe completamente e pode producirse un quentamento asociado de 30-50 °C durante uns días.
O aumento e diminución do vórtice polar está impulsado polo movemento de masas e a transferencia de calor na rexión polar. En outono os ventos circumpolares aumentan a súa velocidade e o vórtice polar sobe á estratosfera. O resultado é que o aire polar forma unha masa de aire xiratoria e coherente: o vórtice polar. Conforme se achega o inverno, o núcleo do vórtice arrefría, os ventos diminúen e a enerxía do vórtice diminúe. Ao aproximarse o final do inverno e o principio da primavera, o vórtice está no seu momento máis débil. Como resultado, ao final do invierno, grandes fragmentos do aire do vórtice poden ser desviados cara a latitudes máis baixas por sistemas meteorolóxicos máis fortes que se introducen desde esas latitudes. No nivel máis baixo da estratosfera permanecen fortes gradientes de vorticidade potencial, e a maior parte dese aire permanece confinado dentro da masa de aire polar ata decembro no hemisferio sur e abril no hemisferio norte, moito despois da rotura do vórtice na estratosfera media.