2019年1月，由於極地渦旋向南移動，芝加哥的氣溫降至-20℃左右，密西根湖沿岸凍得嚴嚴實實。
攝影：SCOTT OLSON，GETTY IMAGES
撰文：SARAH GIBBENS
每年，天氣愛好者都會熱切地關注和等待極地渦旋（一團圍繞北極旋轉的冷空氣)出現的跡象，它可能會向南移動，給低緯度地區帶來降溫和降雪天氣。
他們的等待可能很快就要結束了。如果你不是氣象學者，你可能會驚訝地發現這是因為最近北極氣溫飆升。
具體地說，就是西伯利亞上空平流層的溫度飆升。在今年一月的第一周，西伯利亞上空的平流層氣溫從-69℃上升到-13℃。雖然「平流層突然增溫」事件每年都會在某種程度上發生，但近期的事件被列為重大事件，並不常見。
大量非常溫暖的空氣會使寒冷的極地渦旋失去平衡，迫使其離開北極，並將其分裂成兩半，就像長出兩條腿一樣：一條位於北美洲上空，另一條在歐洲上空。
最終的結果可能意味著寒冷的天氣侵襲美國中西部、東北部和歐洲的中緯度地區。預計寒冷的天氣將在未來一兩周內到達，可能會斷斷續續地持續到二月份。
什麼是極地渦旋？作用原理是什麼？
當「極地渦旋」出現在新聞中時，可能指的是兩種不同但相關的天氣模式之一。
在大氣的最下層，對流層（發生天氣現象的大氣層） 中存在一個極地渦旋，全年環繞地球旋轉，這一噴射氣流有時也被稱為環極渦旋。極地渦旋很大，通常位於中緯度地區，也就是熱帶之上到北極之下的廣大地區，並由西向東移動。如果用北美洲類比的話，就相當於從墨西哥中部到加拿大北部的廣大地區。
在對流層上方的大氣層，大約16-48公裡之上，是平流層極地渦旋，每年冬天，缺少陽光的北極上空都有大量冷空氣持續旋轉，最終在春天消散。平流層極地渦旋比下方的渦旋小得多，通常在北極上方由西向東旋轉。
雖然這兩個系統都能影響我們的天氣，但突然大幅升溫會擾亂平流層的渦旋，可能會帶來寒冷的天氣。平流層和對流層的極地渦旋需要維持穩定的溫差，才能保持在北極上空活動。如果二者的溫度變得太接近——急劇的升溫會造成這種情況，平流層的極地渦旋就會開始偏離路線，向南移動，並將下方的漩渦推向其前方。
1月4日，科學家發現西伯利亞上空的平流層突然升溫。平流層升溫事件很常見，但像這樣的大幅增溫現象通常每兩年才會發生一次，大氣與環境研究公司（Atmospheric and Environmental Research）的季節預報主管Judah Cohen說，該公司為政府機構和私營部門提供天氣風險方面的諮詢。
天氣預報公司The Weather Company的氣象學者Michael Ventrice說，科學家並未弄清楚平流層增溫事件的原因。2018年，寒流導致英國對熱量的需求飆升和天然氣短缺之後，他開始研究北極極地渦旋擾亂的原因，以便提早做出更好的長期天氣預測。他發現，在西伯利亞或北大西洋上方，熱空氣向上進入平流層很常見。
低層大氣中的暖空氣和冷空氣，就像大氣碰碰車一樣，會阻礙噴射氣流的強風。這會在風中產生「紐結」，之後向上進入平流層的極地渦旋，擾亂平流層的循環流動。
伍茲霍爾海洋研究所的大氣科學家Jennifer Francis說：「這些紐結將波能向上送入平流層，當波能足夠強大且持續時間足夠長時，就會導致通常近似圓形的平流層極地渦旋被擾亂。」
科學家仍未弄清楚平流層擾亂與對流層的天氣之間的相互作用。不過，當平流層中的渦旋被擾亂（分裂、移動或拉長）時，可以推動其下方的噴射氣流向南移動，將北極空氣帶入美國、歐洲和亞洲的城市。這就是2019年芝加哥一度比北極更冷的原因。
這也是為什麼最近的天氣預報調整了極地渦旋擾亂的因素後顯示，美國東北部和中西部地區在未來幾周可能會迎來更極端的冬季天氣。
放眼未來
氣候變化的作用只是眾多複雜而神秘的因素之一，導致我們更加難以預測北極對流層上方48公裡的旋轉環流對冬季天氣的影響。
在過去的30年裡，北極變暖的速度是世界其他地區的兩倍，這一現象被稱為北極放大效應。氣候變暖已經導致北極地區的冰川消融和海冰減少，也可能使平流層的極地渦旋變得不穩定，不過科學家們尚不清楚兩者之間的聯繫。
Francis指出，造成極地渦旋不穩定的噴射氣流的「紐結」也可能因北冰洋海冰的減少而變得更強。
「失去大量海冰之後，來自太陽的額外熱量就會導致北極水域升溫，而熱量又被釋放回大氣中，並在那些關鍵地區產生大量的暖空氣，」她說。「這些暖空氣會使向北移動的噴射氣流規模更大、更強，持續時間更長，這反過來又會擾亂極地渦旋。」
2020年和2016年一樣，都是有記錄以來最熱的年份之一，而近十年也是迄今為止最熱的十年。北極的海冰覆蓋面積也創下了歷史新低。然而，要想確切了解氣候變暖是如何改變每年源自北極的天氣模式，我們還需要進行更多的研究。
（譯者：流浪狗）