Polarwirbel sind großräumige, kalte und rotierende Luftmassen, die die Polarregionen der Erde (Arktis und Antarktis) umgeben und als Höhentiefs mit einem Durchmesser von unter 1000 Kilometern wesentlich zur globalen atmosphärischen Zirkulation beitragen. Sie entstehen durch die negative Strahlungsbilanz der Pole, wobei Temperaturunterschiede und die Corioliskraft zu polaren Ostwinden führen – im Polarwinter sind sie stark ausgeprägt, im Sommer schwächen sie sich ab. Die Arktische Oszillation (AO) beschreibt ihre Stärke: Bei einem schwachen Wirbel teilt sich dieser in kleinere Zentren (z.B. über Baffin Island und Sibirien), wodurch kalte arktische Luftmassen nach Süden strömen und dort extreme Kälteeinbrüche verursachen können. Zudem definieren die Wirbel die Polarfront bei rund 60° Breite und sind – zusammen mit den extremen Temperaturen – eine Hauptursache für die Bildung polarer Ozonlöcher. Das Phänomen ist nicht auf die Erde beschränkt: Ähnliche Wirbelstrukturen finden sich auch auf Titan, Mars oder Jupiter.