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NO.1785-北極南下
作者：斯文的樊學長
製圖：孫綠 / 校稿：貓斯圖 / 編輯：養樂多
2020年12月29日到2021年1月1日，中國出現影響全國大部分地方的寒潮天氣，中國從北方開始經歷了一波強勁的降溫，到1月6日時，北京出現-19.6℃的低溫，這是1966年以後的最低數字。
這溫度，這風，感覺在催命
（參考：中國氣象局）▼
冷冰冰的數字體現在日常生活上，就會變成冒冷氣的鞋底，回家路上凍裂的生雞蛋和粘手的鐵欄杆。結合能把豬刮上天的風口，讓人不覺產生這樣的懷疑——說好的全球變暖呢？
歡迎來北極體驗一下全球變暖▼
極端天氣現象的成因很多，很難一概而論，眾多條件還會互相影響，這就導致真實原因往往無法直觀感受到，甚至與直覺完全相悖。就說今年的寒冬，其實恰恰部分源於全球變暖，是不是很反常識？
極地渦旋的作用
不知道還有多少人記得，前年冬天美國人也被凍壞了。2019年1月，整片五大湖區的平均氣溫降至-34℃至-40℃，芝加哥附近的氣溫甚至一度降至-46℃，從五大湖區到新英格蘭無不受到這次超強寒潮的影響。
那一次是由於極地渦旋南移
讓美國人民體驗到了一把北極生活（下圖向左滑動）▼
急凍模式下的五大湖（2019-1-27）
（圖片：NASA）▼
那次寒潮造成了2000多個航班停飛，多處公路停運，為保證鐵路運行安全鐵軌旁邊甚至生起了火。相較而言中國這一次的寒潮還不算特別過分的。
相當兇猛▼
天氣現象的成因非常複雜，表面上我們很難將橫跨整個地球、時間相距兩年的兩次大範圍降溫的成因聯繫在一起。但是理論上說，兩次寒潮背後，都有冰蓋融化導致極地冷渦南移的關鍵影響，甚至可以說二者不是孤立事件，都是上述氣候變化的一個具體表現。
一般人很難想像地球是作為一個整體在運轉
但事實就是如此
（圖片：NASA / Kathryn Hansen）▼
在正常年份，北極的海冰面積在3月份時到達最大值16000000平方千米，9月份時經過一整個夏季的融化，到達最小值7000000平方千米。因為海冰的反照率遠遠大於海水，所以冬季時可以反射而不是吸收更多的太陽能，夏季則相反。數百萬平方千米的冰蓋與海水之間的切換，對全球氣候都能起到影響，對北半球中高緯度的影響尤其明顯。
夏季和冬季差異很大，這是一個巨大的調節系統
（參考：NOAA）▼
冰蓋減少會造成大氣環流的異常，重要表現包括向極溫度梯度減弱（因為北極自己的氣溫上升了），大陸上空緯向西風減弱，西伯利亞高壓增強等等，而後者對中國冬季氣候來說至關重要。
1982-2007，北冰洋較厚冰層逐漸減少
（圖片：wikipedia@National Snow and Ice Data Center）▼
此外，極地渦旋是影響氣候的重要因素，它是大氣高層的緊密旋轉氣流。漩渦可以將極地溫度極低且密度較大的空氣，一直通向上空的平流層，就像無形的彈力繩「束縛」著冷空氣，把冷空氣限制在北極地區。
它的形成源於地球高低緯度之間的氣壓差（也就受到溫度差的影響）。北極與赤道的溫差越大，極地渦旋也就越穩定，越能將冷空氣鎖定在極地。
這相當於是一個單中心的極地渦旋
如果分裂為多中心的渦旋，北美和東北亞就要小心了▼
其實極地渦旋南北極都有，但是南極大陸更冷，周邊陸地更少，渦旋更強更穩定，目前還沒有發生什麼變化。而在陸地佔比比較大的北半球，氣流交換的幹擾作用更加明顯，所以北極極地渦旋的受幹擾因素更多。
北極地區的周邊狀況顯然比南極地區要複雜得多▼
一旦極地渦旋偏弱，留出的空間就會被較為溫暖的氣團北上佔據，擠壓極地渦旋原本的空間。受到擠壓的極地渦旋影響範圍就變得不再穩定、規則，北極氣團就可能被「擠」到更靠南的地方。
嚴重時，極地渦旋本身也會發生分裂。正常情況下，北極渦旋會分裂為兩個，分別分布在加拿大的巴芬島和西伯利亞東北部，它們分別控制著西北半球和東北半球的高緯度氣流，這種情況也還算穩定。
只是這兩個還好
問題是，他們會不會繼續南下▼
極地渦旋南下+拉尼娜現象助攻
不巧的是近三十年，全球變暖越來越顯著，這導致海冰減少，反射減弱，吸收更多太陽熱力，海冰進一步減少的惡性循環，所以出現了非常反常識的現象——北極升溫幅度接近其他地區平均升溫幅度的三倍。
北冰洋2018年3月的海冰範圍
與1981-2010年同期比較
（參考：NOAA）▼
北冰洋2018年9月的海冰範圍
與1981-2010年同期比較
顯然，數十年來，冬季的海冰範圍變化不大
但夏季北冰洋的海冰範圍急劇縮小
（參考：NOAA）▼
北極比赤道暖化更快也就意味著兩者之間的溫差正在減弱，大氣環流也因此受到影響。繼而，它減弱了極地渦旋和西風急流，使西風急流較為波動，有利於北極冷空氣南侵。
所以在過去四十年，極地渦旋的偏弱的趨勢在逐漸明顯，在近年來終於愈發明顯地出現分裂。在最嚴重時分裂為雜亂無章的數個，並南下到北半球中高緯地區，這也就解釋了為什麼在2010年代，美國東北部的冬季變得更加嚴酷。
極渦南下，五大湖也能體驗到北極的溫度了
這和這幾天北京的體驗比較類似
（圖片：NASA）▼
極渦盤旋著卷過美國東北部▼
2020年秋天，北極海冰出現了有觀測以來第二少的情況，極地渦旋大大減弱，約束力更差，冷空氣走向混亂的現象也就更明顯了。
極地冷空氣南下通常兩個走向，歐亞或北美。今年，冷空氣輪到了偏向歐亞地區，而歐亞大陸冬季溫暖氣候主要由北大西洋吹向大陸的暖溼氣流維持，西風的減弱又導致南北向的氣流運動缺少阻塞，有利於冷空氣的南侵，這就是今年中國出現強寒潮的背景。
分裂為多極的極地渦旋（下圖為2014年1月5日）
不同難分南侵的方向不同，今年是東北亞
（圖片：NOAA）▼
除了極地渦旋減弱的大環境，發生於赤道中東太平洋的拉尼娜事件，對這個尤其寒冷的冬季也起到了推波助瀾的作用。
拉尼娜現象源自東南信風吹走了太平洋東部被曬熱了的表層海水，導致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和東部海洋表面溫度的大尺度降溫，並影響熱帶大氣環流，進而影響風和降雨量。它對天氣和氣候的影響通常與厄爾尼諾現象相反，對中國來說，增加冷冬出現的概率。
厄爾尼諾對應中國的暖冬，拉尼娜則對應冷冬
但相比平均氣溫，突發的氣溫變化更引人關注
（圖片：NASA）▼
2020年10月末，世界氣象組織便宣告了一次中等到強級別的拉尼娜現象形成，這次的拉尼娜現象延續到了2021年，並在今年冬季迎來了峰值。這次拉尼娜現象對我國南方的影響較大，降低了持續性雨雪冰凍的可能性，但是也影響了副熱帶高壓的位置和強度，導致南方難以阻擋冷空氣的南下。
所以這次全國都很冷，零度以上的省份已經不多了
當然，北方則進入了北極模式
可以說，北方極地渦旋減弱和南方拉尼娜現象盛期的兩個因素互相影響，導致2021年開局全國範圍的降溫，也讓大家都聽到了家鄉的風說的話：「我要你死。」
變暖導致的冷冬
冷和暖是一個相對主觀的標準，今年各種因素綜合影響下的寒潮讓人萌生冬季變冷的懷疑。然而事實上，近年來其實一直是暖冬偏多，大眾對冬季氣溫的預期已經變得很高了。
像這樣的大雪，我小時候遠比現在要多，也更冷
如今北京下雪仿佛就是意思意思糊弄人的
（圖片：Fang Deng / shutterstock）▼
以這次降溫中備受關注的北京為例，其實60、70年代時冬季普遍要更冷，一月零下十餘度的天氣並不少見，1966年還曾經達到過-27℃。《中國氣候變化藍皮書（2020）》也說明了這一趨勢，上世紀八十年代以來，每一個十年都比上一個十年更暖，1961年到2019年之間我國的極低溫事件其實是在不斷減少的，這一次的寒潮顯然也並不會改變這一歷史進程。
其實這個冬季在12月初冷得也不明顯，甚至有暖冬跡象。寒潮的次數其實也並不比往年顯著多，但是有兩次強度更大，而且接連發生，導致北京氣溫降至-10℃之後，又迅速降至-19℃。降溫幅度大，時間短，加劇了人體的不適。
不過今年冬天的寒冷大概也不會持久，目前氣象工作者的預測是，1月下旬就會轉暖，到2月時，全國大部分地區會接近往年氣溫，甚至可能會偏高。
另外，室外溫度和體感溫度並不能等同，影響後者的因素還有很多，伴隨降溫而來的大風就是關鍵因素。
只要我吹得夠猛，北極就追不上我▼
體溫加熱身體周圍的空氣，形成一個隔絕冷空氣的溫暖「防護罩」，衣物也起到類似的作用，然而大風會迅速帶走身體周邊溫暖的空氣，讓身體直面嚴寒的環境，導致體感溫度極低。
不過偶然的降溫也給作妖帶來了無限靈感，從舔鐵欄杆（切勿操作）到「人工降雪」的種種神奇操作，也算是一種冷中作樂。
還有比這更好的冷中作樂麼
（圖片：shutterstock@lazy dragon）▼
總之，極地渦旋南下與拉尼娜現象綜合影響下的寒潮終究只是一個偶然事件，並不會改寫目前冬天整體上越來越暖的趨勢，而宏觀上的暖冬加劇，和微觀上極端天氣變化的頻繁，恰恰是全球氣候變化的一個具體體現。
氣候變化是一個非常複雜的命題，因和果之間往往被種種複雜的表象掩蓋，這主要是因為它涉及到極大尺度上的大氣運動，已經遠遠超出了人類個體角度的經驗認知範圍。就像前年川普幸災樂禍地表示美國的寒潮證偽了全球變暖的奇葩思路一樣，依靠常識判斷，可能會得出與實際情況相反的結論。
對大部分人來說
遙遠極地發生的事情如同火星一般遙遠和無所謂
雖然這其實與你息息相關，雖然其尺度遠比你想像要大
（可以放大圖片康康細節，圖片：shutterstock）▼
北極冰蓋融化的情況在短期內看不到逆轉的希望，那麼冬季北極極地渦旋的持續減弱、分裂、南移大概也會變得較為頻繁。氣候變化帶來的挑戰終究是一個躲不過去的問題，而這個問題顯然不能僅僅依靠個人自覺或個別國家的努力來解決。只可惜在世界缺乏團結的今日，想要讓各國聯手解決一些真正要緊的問題遠比互相仇恨更難。
2021年始於一場異常寒冷的降溫，熬過充滿挑戰的2020的欣喜，也許是受到氣溫影響，被加速冷卻。
時代不會僅僅因為年份數字改變就變得河清海晏。從疫情，到國際關係，再到早已不是焦點的氣候變化，人類面臨的挑戰依舊是嚴峻的，新年也依舊需要負重前行。
參考資料
1.https://news.bjd.com.cn/2021/01/07/41050t100.html
2.武豐民,何金海,祁莉.北極海冰消融及其對歐亞冬季低溫影響的研究進展[J].地球科學進展,2014:43-51.
3.肖鶯;任永建;杜良敏;.氣候變化背景下北極海冰對我國冬季氣溫的影響研究[J].極地研究,2018:18-25.
4.https://news.bjd.com.cn/video/2021/01/07/41062t106.html
*本文內容為作者提供，不代表地球知識局立場
封面：shutterstock@lazy dragon
END
原標題：《寒潮的原因，找到了！》
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