Det är en pålitlig händelse nu:varje gång vi har en kall händelse här i USA, två offentliga samtal börjar, båda använder termen "polär virvel". De som är misstänksamma mot klimatförändringens verklighet och envisas med att kalla det "global uppvärmning" hävdar att dessa polära virveldrivna kylahändelser är bevis på att uppvärmningen är falska nyheter. Andra människor vet att polar havsis försvinner medan dessa polära virvelhändelser verkar föröka sig och förstärkas. Klimatet, folk säger, håller bara på att komma utom kontroll. Men den nya utvecklingen inom klimatforskningen gör stadigt mer betydelsefulla av de förändringar vi bevittnar.

Yutian Wu, en docent forskarprofessor vid Lamont-Doherty Earth Observatory och ett Center for Climate and Life Fellow, är en vetenskapsman som bidrar till vår förståelse av dessa händelser.

Wu är en klimatmodellerare. Klimatdata kan visa ett samband mellan klimathändelser och deras skenbara drivkrafter. Å andra sidan, klimatmodeller, eftersom de förlitar sig på fysikens lagar för att återskapa miljöns beteende, kan fastställa ett orsakssamband mellan observerade miljöförändringar och klimathändelser.

Wu och hennes kollegor har visat att minskningar av havsisen i Barents- och Karahavet (BKS) norr om västra Ryssland orsakar en minskning av atmosfärstryckgradienten som sträcker sig upp i stratosfären. Detta minskar styrkan hos jetströmmen som omger bassängen och tillåter polär luft att bryta ut ur den arktiska bassängen och sjunka ner på Eurasien och Nordatlanten. På grund av denna forskning, det kan vara möjligt att förutse när en särskilt kall vinter kommer till norra Europa och Asien. Med tanke på de mänskliga och ekonomiska kostnaderna för mycket kallt väder, detta är vetenskap med mätbart värde.

Wus arbete visar hur uppvärmningen som sker på de låga och mellanliggande breddgraderna leder till att kall luft bryter ut ur Arktis. "BKS-regionen har varit känd i många år för att vara känslig, " sade Wu i en nyligen intervju. "Havsis varierar mycket från år till år där på grund av fuktinträngning relaterad till stormaktivitet över Nordatlanten. När Nordatlanten är varmare än normalt, det får havsisen att minska."

Den ringformade zonen med abrupta atmosfäriska tryckförändringar som omger arktiska havets omkrets och vanligtvis håller den kalla luften inne kallas Arktisk Oscillation (AO). I sin så kallade positiva fas, det utgör en effektiv barriär, hålla arktiska luftmassor över den arktiska bassängen. I sin negativa fas, västliga vindar på de höga mellanbreddgraderna är svagare och låter den arktiska kylan tränga in söderut. Fenomenet kallas för oscillation eftersom systemet växlar mellan positiva och negativa faser.

Wu och hennes forskarsamhälle upptäckte att minskningen av havsistäcket i BKS-regionen och den tillhörande uppvärmningen av den överliggande atmosfären av värmen som frigörs från det exponerade havet försvagar den stratosfäriska polarvirveln, och den "nedåtgående påverkan" från stratosfären till troposfären försvagar AO:s stödväggsegenskaper. Tidigare studier tittade på förändringar i AO utan att bedöma effekten på väderextremer på medellatitud.

Wu och hennes kollegor fann också att även om den största förlusten av arktisk havsis inträffar under senhösten och tidig vinter, effekterna på väderextrema AO och medellatitud kvarstår under vintern på grund av stratosfärprocessernas långa tidsskala. Deras modelleringsstudier har potential att förbättra säsongsbetonade förutsägelser av kyla händelser på mitten av latituden över Nordatlanten och Eurasien.

På senare tid, Wu arbetade med doktoranden Bithi De för att undersöka inverkan av BKS-is på den nordatlantiska oscillationen (NAO), AO:s nordatlantiska sektor. "AO anses vanligtvis zonsymmetrisk, "Wu sa, "men det är det inte. NAO är speciell, och det påverkar markant Nordatlanten och Europa."

NAO är i en positiv fas när tryckgradienten mellan det isländska låga och Azorernas höga är stor, vilket gör att västvindarna blir starka. Som Wu förklarade det, de starka västra länderna tränger in i subarktis och driver den varma golfströmmen/nordatlantiska driftytan in i den regionen, smälta havsisen i Barents- och Karahaven. Men detta producerar en negativ återkoppling – försvagningen av västländerna och AO – som vänder NAO till en negativ fas. Det senare är förknippat med särskilt kalla vintrar i både nordvästra Europa och nordöstra USA, samt häftiga vinterregnstormar i Medelhavet. Wu och De fann att det var viktigt att införliva en betydande del av stratosfären i sin modell för att återskapa kallluftsutbrott som svar på havsisens nedgång.

Frågor kvarstår, dock. "Havsis är bara en process som påverkar NAO, " sa Wu. "Något annat gör att det går från negativt till positivt igen."

Wu är fortfarande i 30-årsåldern. Hon har många fler modellexperiment att utföra för att testa sina hypoteser och sin forskning. Hon avslutade sin Ph.D. i Columbia 2011, haft befattningar vid NYU och Purdue University, och återvände sedan till Columbia 2017 för att arbeta på Lamont.

"Vi har en ganska stor grupp klimatforskare som studerar effekterna av klimatförändringar, och det är en mycket samarbetsmiljö som inkluderar forskare, post docs, och doktorander, " sa Wu.

Som ett center för klimat och liv fellow, Wu får delvis stöd för sin forskning. "Centerfinansieringen har gett mig möjlighet att mer djärvt utforska kopplingsproblemet mellan Arktis och mitten av latitud, " sa Wu. "Det är också ett utmärkt tillfälle att arbeta fram några analyser som skulle hjälpa mig att ansöka om extern finansiering i framtiden."

När hon fick den självklara frågan, "Så, är våra nuvarande polarvirvelhändelser i USA orsakade av detta fenomen?" Wu skrattade och sa, "Förmodligen inte. Jordsystemet fungerar på ett mycket mer komplext sätt än en enda mekanism."