Un vortex polaire (ou tourbillon polaire) est une dépression d'altitude tenace et de grande taille, localisée près d'un des pôles géographiques d'une planète. Sur Terre, ces centres dépressionnaires se forment dans la haute et moyenne troposphère et dans la stratosphère.

Ces zones de basse pression sont associées à un cœur d'air froid et donnent en surface, des anticyclones thermiques dans le sillage d'un front polaire car lorsque la masse d'air se contracte et devient plus dense, elle exerce une forte pression sur le sol. Le vortex polaire s'intensifie donc en hiver et s'affaiblit en été parce qu'il dépend de l'écart thermique entre l'équateur et les pôles.

En général, le vortex ne dépasse pas 1 000 km de rayon et l'air au sein du tourbillon fait une rotation cyclonique soit dans le sens anti-horaire dans l'hémisphère nord et dans le sens horaire dans l'hémisphère sud, comme n'importe quelle cyclones sous de l'effet de la force de Coriolis. Le vortex arctique a deux centres : l'un près de l'Île de Baffin et l'autre au-dessus de la Sibérie du nord-est, ce qui correspond à l'apparition des anticyclones de Sibérie et d'Amérique du Nord. Le vortex antarctique tend à se situer dans les environs de la plate-forme de Ross, par 160° de longitude ouest, et donne l'anticyclone antarctique.

Puisque les tourbillons polaires existent de la stratosphère vers le bas jusque dans la troposphère moyenne, une variété de hauteurs/niveaux de pression sont utilisés pour marquer sa position. La surface isobare de 50 hPa est le plus souvent utilisée pour identifier son emplacement stratosphérique. Certains météorologues utilisent des niveaux inférieurs, allant aussi bas que le niveau de pression de 500 hPa (environ 5 460 mètres au-dessus du niveau de la mer pendant l'hiver), pour identifier le vortex polaire7. L'étendue des contours fermés de température potentielle au niveau de la tropopause peut être utilisée pour déterminer son intensité.

Les vortex polaires, comme leur nom indiquent, se forment près des pôles à partir de la différence de température entre l'équateur et les régions polaires. L'intensification et le déclin du vortex polaire sont donc entraînés par le mouvement des masses d'air et le transfert de chaleur dans la région polaire.

En été, l'ensoleillement est presque continuel au pôle et la différence de températures est donc moindre et localisée près de ce dernier. Le vortex y est donc à son plus faible et les cyclones extratropicaux qui migrent vers des latitudes plus élevées peuvent perturber le vortex en formant des dépressions coupées dans la masse d'air polaire. Ces tourbillons individuels peuvent persister pendant plus d'un mois5.

En automne, les vents circumpolaires augmentent en vitesse et le vortex polaire monte dans la stratosphère à mesure que la température descend au pôle avec la nuit devenant quasi-permanente. Il en résulte que l'air polaire forme une masse d'air de plus en plus cohérente, le vortex polaire. Au début de l'hiver, la différence de température est maximale et le vortex à son plus intense. Le noyau tourbillonnaire se refroidit ensuite, les vents diminuent et l'énergie du vortex diminue.

À la fin de l'hiver et au début du printemps, le vortex est à son plus faible et de grands fragments du dôme froid sous le vortex peuvent être détournés vers des latitudes plus basses par des systèmes météorologiques plus forts qui s'introduisent à partir de ces latitudes. Dans le niveau le plus bas de la stratosphère, de forts gradients de tourbillon potentiel persistent durant l'été et la majorité de cet air reste confiné près des pôles, bien après la dissolution du vortex dans la stratosphère.

Les éruptions volcaniques dans les tropiques peuvent aussi conduire à un vortex polaire plus fort pendant l'hiver, jusqu'à deux ans après l'événement. La force et la position du tourbillon polaire affectent la circulation atmosphérique sur une large région autour de lui. Un indice utilisé dans l'hémisphère nord pour mesurer son ampleur est la valeur de l'oscillation arctique.

Vortex Polaire

La baisse soudaine d'activité hivernale du vortex polaire est un phénomène extrême, connu sous le nom de Réchauffement stratosphérique soudain (en anglais SSW), et associé à une hausse de température spectaculaire de la stratosphère (de l'ordre de 30 à 50 °C) en quelques jours. Une partie du vortex peut alors descendre vers les latitudes plus basses et amener son dôme d'air très froid avec lui. En hiver, un vortex polaire anormalement faible a ainsi des conséquences sur une grande partie de l'hémisphère nord. En effet, les températures moyennes sont globalement en dessous des normales dans les zones tempérées (Amérique du Nord et Eurasie) tandis qu'elles sont globalement supérieures aux normales au nord du cercle polaire Arctique.