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地理視角看北極渦旋、北極濤動、平流層變暖、北極放大效應(yīng)及其影響

 hjh2004 2022-05-23 發(fā)布于福建
極致天氣“拍出”災(zāi)難大片
美國密歇根州圣約瑟夫,暴風(fēng)雪過后,56歲的美國攝影師Thomas Zakowski拍攝的一處被凍住的燈塔。
由于“北極漩渦”的入侵,大半個美國目前都處在近20年來最嚴(yán)寒的冬天里。有的地方氣溫預(yù)計將降至零下30-50攝氏度。在這樣寒冷的天氣里,不僅人瑟瑟發(fā)抖,就連燈塔也凍成了巨大的冰柱……很有幾分電影中《后天》的感覺。
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這次的寒流有一個很酷的名字叫做“北極渦旋”,因為它是來自北極的強冷空氣;美國媒體還用了各種強烈的形容詞來描述這個“北極渦旋”,例如“極度危險的”、“致命的”,就是要提醒民眾不要掉以輕心。其實這些詞匯過去通常被用來形容龍卷風(fēng)一類的極端天氣,這次用來形容寒流則非常少見。
受寒流“北極漩渦”的影響,很多地區(qū)出現(xiàn)了20年來的最低氣溫,其中芝加哥的氣溫降至零下26度左右,這是自從1985年1月10日以來最冷的一天。從周一早晨的溫度來看,美國中部的孟菲斯比阿拉斯加還要冷,而美國東南部的亞特蘭大的氣溫甚至比俄羅斯首都莫斯科還要低。氣象專家警告說,在這種極寒天氣中,在戶外待上5分鐘就有可能凍傷皮膚。
我國上次的寒潮,就是北極渦旋親自南下帶來的!相當(dāng)于是來自北半球最寒冷地區(qū)的一手冷空氣直接給到我國,沒有中間商賺差價。

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21年201月7日500hPa氣壓場
不過,顧名思義,北極渦旋應(yīng)當(dāng)是待在北極的天氣系統(tǒng),為什么跑路到了我國?
北極地區(qū)天氣寒冷,冷空氣大多下沉堆積在地面,地面形成高壓,而高空則對應(yīng)形成低壓環(huán)流,也就是“北極渦旋”。
與臺風(fēng)或者水面上漩渦的形態(tài)類似,從上空俯瞰,極渦也是一個逆時針旋轉(zhuǎn)的渦旋。它的外圍是速度很快的西風(fēng)氣流,在最為理想的情況下,北極渦旋穩(wěn)定在北極地區(qū),這里的極寒空氣也被鎖定在渦旋當(dāng)中,就像下圖這樣。
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圖:NOAA-美國國家海洋和大氣管理局
當(dāng)北極渦旋夠強,能夠穩(wěn)定待在北極時,北半球中緯度地區(qū)也基本不會遭受強冷空氣的侵襲。但一旦北極渦旋減弱,西風(fēng)帶上出現(xiàn)大的起伏波動,暖空氣就會趁機北上搶占極地,極渦一方面可能會分裂出若干個冷中心,另一方面也不得不被迫南下尋找出路,這一來也順便把極寒的冷空氣帶給了中緯度地區(qū),寒潮天氣隨之到來。
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圖:NOAA-美國國家海洋和大氣管理局
極渦南下,北半球極寒天氣的幕后推手
北極渦旋的南下,會讓極地的嚴(yán)寒空氣有機會直接深入北半球的兩片廣袤陸地——亞歐大陸和北美大陸,制造大范圍的低溫嚴(yán)寒天氣。近些年北半球的極寒天氣也多與極渦南下密切相關(guān)。

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北極“極端高溫”引發(fā)倒春寒?
南極北極同時異?!案邷亍?/span>
在3月的中旬,一股暖氣團大舉攻入了南極大陸與北冰洋地區(qū),因此造成了兩地十分罕見的強烈升溫現(xiàn)象——南北兩極幾乎同一時間發(fā)生的強烈升溫。
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數(shù)據(jù)顯示,3月17-18日南北半球西風(fēng)帶同時出現(xiàn)劇烈振蕩,暖氣團大量進(jìn)入北冰洋和南極大陸,令部分地區(qū)在兩天內(nèi)升溫30-40℃,打破了三月記錄。譬如南極東方站從-55℃升到-17℃,康科迪亞站逼近-10℃。
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此次出現(xiàn)的“極端高溫”與我們傳統(tǒng)意義上的高溫不同。因為此文所指的極端高溫是對比往年,加升溫與距平意義上的高溫,而不是說那里已經(jīng)多么的炎熱。通過實測數(shù)據(jù)很容易看到,在北極地區(qū),最高溫度已經(jīng)超過了0度,而南極地區(qū),最高時約零下10度左右。
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此次南北兩極的升溫幅度之高,范圍之大,偏高之烈,都是人類可觀測有記錄以來的首次,可以說是今年初就最先開始的全球極端天氣現(xiàn)象。
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此次兩極氣候問題,是由于西風(fēng)帶劇烈震蕩,阻塞高壓異常突入到兩地所引發(fā)的結(jié)果。要知道在南北半球是常年存在有西風(fēng)帶的,如果西風(fēng)帶處于平直的狀態(tài),那天氣看起來十分的平靜,如果西風(fēng)帶出現(xiàn)劇烈震蕩抖動后,那天氣也會隨之變得激烈。
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我們都知道,南半球的海洋面積是更大的,所以那里的西風(fēng)帶往年都會更為穩(wěn)定、平直,可以說今年初出現(xiàn)的劇烈波動,是之前從未出現(xiàn)過的異?,F(xiàn)象。
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并且巧合的是今年南北半球的西風(fēng)帶同時出現(xiàn)了劇烈的震蕩,據(jù)研究人員透露,這或許與大氣、海洋的變暖導(dǎo)致極地區(qū)域出現(xiàn)的放大效應(yīng)相關(guān)。
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全球氣溫與海洋溫度的上升并非是均勻的,在一些高緯度地區(qū),尤其是南北兩極,一直就是增暖的重要區(qū)域。而此次南北兩極的異常現(xiàn)象,西風(fēng)帶劇烈震蕩則是主要原因之一。
冷空氣快速南下帶來倒春寒
正是因為此次氣候事件,位于北極和西伯利亞的冷空氣受到了排擠,從而快速南下,于是我國中東部地區(qū)隨之出現(xiàn)了大范圍的降溫和雨雪等天氣,所謂的倒春寒今年尤為明顯。
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但這還不算是最嚴(yán)重的影響,因為南極的影響更為明顯,此次異常高溫現(xiàn)象雖然不至于造成冰川融化等嚴(yán)重問題,但對于冰川造成的形態(tài)結(jié)構(gòu)性影響卻或許是無法避免的。
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要知道極端天氣,正是極端大氣環(huán)流形式所造成的結(jié)果,這種能量并不會隨著降溫而隨之消失,它們會繼續(xù)在大氣層中傳導(dǎo),也就是說,受它的影響,在地球上其它地區(qū)依然還是會出現(xiàn)異常氣候,這種異常變化會隨著它的釋放,直至完全消耗殆盡才會終止。
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回顧往年,南半球的氣候相對安穩(wěn),但是今年來南半球的異常天氣卻是從未間斷,像是巴西出現(xiàn)的猛烈強對流,阿根廷突然爆發(fā)高溫,澳大利亞極端降雨等等,此類異?,F(xiàn)象或許正是南極地區(qū)“極端高溫”的預(yù)兆,只是無奈的是,南極的“極端高溫”也并非是終結(jié),后續(xù)不知道哪里依然還是會出現(xiàn)異常現(xiàn)象。
在南極,東南極洲威爾克斯地一側(cè)出現(xiàn)異常增暖??悼频蟻喺驹?月18日錄得-11.5℃的最高氣溫(整點最高為-12.2℃),刷新該科考站3月最高紀(jì)錄,比當(dāng)?shù)?月每日平均最高氣溫高出35℃以上。
而在3月14-16日,北極點附近也錄得了接近0℃的異常偏高溫度。
這次極端高溫是怎么形成的?它究竟代表著天氣氣候怎樣的異常?
“南北兩極同現(xiàn)異常高溫”,具體范圍有多大呢?
從3月中旬氣溫分析實錄看,南極增溫的區(qū)域主要在東南極洲東部威爾克斯地、維多利亞地等地,占據(jù)了南極洲約1/5的面積,而北極地區(qū)則是北極點附近的北冰洋洋盆區(qū)、格陵蘭島大部和巴倫支海-新地島一側(cè)。
可以看到這兩地的增溫影響很大,但也不是整個極地區(qū)域。

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2022年3月18日南極地區(qū)溫度偏離1979-2000年同期平均的距平(單位:℃)| climatereanalyzer.org

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2022年3月15日北極地區(qū)溫度偏離1979-2000年同期平均的距平(單位:℃)| climatereanalyzer.org
“異常高溫”是指氣溫比當(dāng)?shù)囟嗄昶骄陲@著偏高。
比如這次南極極端高溫過程里,康科迪亞站最高氣溫錄得-11.5℃,遠(yuǎn)超出當(dāng)?shù)?月平均最高溫度(-48.7℃),也刷新了當(dāng)?shù)?月高溫極值紀(jì)錄。
而北極點附近北冰洋沒有固定測站,但根據(jù)衛(wèi)星反演等資料推斷,3月16日北極點溫度也一度接近0℃,高出了同期平均約30℃。

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康科迪亞站3月16日到18日的氣溫紀(jì)錄(第三列即為氣溫,單位℃)
而“同現(xiàn)”只能說是個巧合,因為時間上實際差了3-5天,而且分別是兩極互相獨立的、不同的天氣系統(tǒng)所致,并非有關(guān)聯(lián)。
此外,這些異常高溫并不是持續(xù)存在,更不是徹底大幅改變了氣候狀態(tài),而只是短期過程。事實上在本月初,南極大部仍然是偏冷狀態(tài);而最近幾日,康科迪亞站和北極點都已經(jīng)明顯降溫,甚至已接近恢復(fù)到歷史同期水平。

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2022年3月1日南極地區(qū)溫度偏離1979-2000年同期平均的距平(單位:℃),顯示出總體偏低0.6℃ | climatereanalyzer.org
綜上分析,此次南北極的升溫事件,異常幅度極大,持續(xù)時間只有數(shù)日,影響范圍大約是數(shù)百萬平方千米——符合這些條件的,正是極端天氣系統(tǒng)。
造成南北極異常高溫的極端天氣系統(tǒng),恰好是兩個“相反”的系統(tǒng)。
影響南極的是一個強烈暖性反氣旋(阻塞高壓),影響北極的是一個強烈的氣旋(低壓)。
有趣的是,由于兩個半球科氏力(地轉(zhuǎn)偏向力)相反,這兩個系統(tǒng)反而都是逆時針旋轉(zhuǎn)。
冰穹燠暖:南極暖高壓的記錄
從2022年3月18日的500hPa對流層中層(約5200-5600米高度)的天氣圖可以看到,造成東南極洲眾多地區(qū)極端偏暖的天氣系統(tǒng)是一個強烈暖高壓——它中心的氣壓明顯偏高,且伴隨有顯著的暖氣團中心,這類孤立深入高緯度地區(qū)的暖高壓也被稱作阻塞高壓。
在它的控制下,南極內(nèi)陸冰穹出現(xiàn)了異常的晴朗溫暖天氣;同時阻塞高壓西側(cè)的強烈偏北風(fēng)將中低緯度的暖氣團潑灑向冰原,也促進(jìn)了這一急劇的升溫(與濕度的升高)。

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3月18日南極地區(qū)對流層低層(850hPa)溫度異常與對流層中層(500hPa)高度場異常分析,兩張圖的橙色圈均圈出了造成本次極端偏暖的阻塞高壓。

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3月18日南極地區(qū)850hPa高度溫度圖,綠圈處即康科迪亞站??梢钥吹接酗@著的偏北風(fēng)攜帶暖氣團深入南極內(nèi)陸 | earth.nullschool.net

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3月18日南極地區(qū)對流層中層(500hPa)風(fēng)場,橙色圈即阻塞高壓 | earth.nullschool.net
這種極端阻塞高壓是如何形成的呢?
阻塞高壓本質(zhì)上是中高緯度西風(fēng)帶里的一種波動。在北半球,這樣的天氣系統(tǒng)并不少見——它可以通過海陸熱力差異和陸地地形作用激發(fā)形成。但南半球中緯度絕大部分區(qū)域被海洋占據(jù),穩(wěn)定的熱力差異和地形作用很難存在。
因此,南半球出現(xiàn)阻塞高壓,必須要有極強的短期瞬變擾動異常,作為熱力與動力源來激發(fā)才行。
通過波作用通量,可以追溯西風(fēng)帶的波動。從下圖可以看出,這個阻塞高壓是由中緯度南印度洋的擾動向東南方傳播發(fā)展而來;而這個擾動曾路過莫桑比克海峽南側(cè)附近,當(dāng)?shù)仫@著的對流活動釋放的水汽凝結(jié)熱量(潛熱)更是為擾動發(fā)展提供了重要熱源。

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3月15日全球向外輻射長波異常(填色,反應(yīng)對流活動異常)和200hPa波作用通量(彩色箭頭)分析圖。可以看到,從莫桑比克海峽對流活躍區(qū)(紅色)激發(fā)的波列(黑色箭頭)向東南傳播到了東南極洲,形成本次的阻塞高壓(橙色) | 日本氣象廳
由于這類瞬變擾動持續(xù)時間很短,很容易被隨后發(fā)展的擾動更替,這個阻塞高壓也在3月20日起逐漸減弱,飄散在沉睡了千萬年的冰原,南極各地的氣溫也隨即下降。
但它或許在無瑕冰原即將沉入長夜之際,喚醒了曾經(jīng)的夏日光華,也警醒著我們極端天氣事件已愈發(fā)頻繁。
黎明長嘯—北極氣旋的漫卷
和南極直接的暖高壓控制不同,北極這次異常升溫靠的是一次強氣旋的呼嘯。
隨著它深入極地,氣旋東南側(cè)和潤遼闊的東南風(fēng)也磅礴北上,為這片即將從極夜蘇醒的海洋送來最早的春暖。

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3月18日北極地區(qū)表面氣溫,可以看到北極點附近已升高至接近0℃ | earth.nullschool.net
為什么這次氣旋能如此強盛且深入極地?
追溯這個氣旋的發(fā)展史,可以看到它其實出自北美東海岸一個快速發(fā)展的鋒區(qū)。冷暖交織間的斜壓能,以及海洋里灣流提供的巨大熱量,讓這個氣旋急劇發(fā)展,中心氣壓一度下降到930hPa——這在中高緯度鋒面氣旋里算是極強了。

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北京時間3月14日早晨的北大西洋地面天氣圖,可以看到圖片上側(cè)、位于格陵蘭島西南方的本次主角,此時它的中心最低氣壓下降至930hPa | 美國海洋與大氣管理局(NOAA)譚老師地理工作室綜合整理
而它的特殊路徑也和周邊的喧囂相關(guān)——在它的西北側(cè),也就是加拿大北極群島也有氣旋活動。在氣旋間的互旋效應(yīng)下,它一路向東北方向遠(yuǎn)征,成為北冥破曉之際的“春風(fēng)”。

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北美地區(qū)3月15日地面天氣圖,可以看到上方的三個氣旋一字排開,最右側(cè)即本次造成北極短期強烈升溫的強氣旋。
這次氣旋的急劇發(fā)展在歐亞大陸也有了回聲——它激發(fā)的波列讓西伯利亞冷空氣重新活躍。先前數(shù)日北京曾盛放片刻的春雪,便飛舞著天涯之外的長風(fēng)回音。
本次極地極端偏暖事件,并不是長期持續(xù)的氣候狀態(tài),更不是徹底的新氣候狀態(tài)建立。但是,19世紀(jì)后半葉以來、人類活動為主導(dǎo)的氣候變化,也是站在這次異常溫暖背后的魅影。
在過去一百多年里,全球表面平均氣溫出現(xiàn)了顯著升高的趨勢。而不同區(qū)域溫度升高幅度明顯不同,其中最劇烈的正是北極圈以內(nèi)陸區(qū),以及南極沿海部分區(qū)域(如南極半島),高出了全球平均3-5倍甚至更多。
這一如同被放大鏡聚焦的現(xiàn)象稱作“極地放大效應(yīng)”,也讓南北極成為面臨氣候變化挑戰(zhàn)的最前沿與最脆弱地區(qū)。

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1880-年2020間,地球表面氣溫在不同緯度(縱坐標(biāo))和年代(橫坐標(biāo))的距平(基準(zhǔn)值為1951-1980年平均) | NASA
關(guān)于極地放大效應(yīng)的成因,解釋眾多,而目前最為廣泛認(rèn)可的,是顯著的反照率反饋主導(dǎo)所致。
在氣溫升高的情況下,極地海冰和陸地冰川積雪融化加劇,而裸露出的海表或陸地表面較冰雪偏暗,反射太陽光的能力(反照率)下降,從而吸收更多太陽輻射并促進(jìn)氣溫進(jìn)一步升高,造成惡性循環(huán)式的正反饋。
此外,北極增溫還會影響到云和氣溶膠的量,也會進(jìn)一步影響到北極氣溫。

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關(guān)于北極放大效應(yīng)的物理機制解釋 | EOS
而氣候變化不僅僅是平均狀態(tài)的改變,還代表著更極端天氣事件頻率的顯著升高。
前面提及的西風(fēng)急流,正是由極地和中低緯度間的冷暖差異所驅(qū)動。但由于氣候變化和極地放大效應(yīng),這一差異有所縮小,西風(fēng)急流的“天塹”有所松動,導(dǎo)致極地和外界的南北向熱量交換更容易發(fā)生,也會促進(jìn)極地更頻繁地出現(xiàn)更極端的增暖事件。

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在平均態(tài)(左側(cè)),和北極增暖、極地渦旋減弱的狀態(tài)下(右側(cè)),西風(fēng)急流的不同表現(xiàn),可以看到北極進(jìn)一步增暖會導(dǎo)致西風(fēng)減弱和南北側(cè)冷暖氣團更顯著的交換,造成極端冷暖事件增多 | NOAA
“南北兩極同現(xiàn)異常高溫”,正是一個令人不安的縮影。而這些事件也會有不絕的回音——或許是短期極端過程通過遙相關(guān)造成另一片天涯的極端天氣,或許是極地氣候變化進(jìn)一步造成全球的氣候影響。
研究南極冰芯和氣候的Peter Neff擔(dān)憂,如果這樣的異常增溫事件發(fā)生在南極的仲夏季節(jié),有可能發(fā)生幾天之內(nèi)融化南極冰川的大事件,或許會對全球帶來長達(dá)數(shù)十年甚至好幾個世紀(jì)的影響。
這樣的“黑天鵝事件”,之前認(rèn)為不可能發(fā)生,但現(xiàn)在看來,或許不得不認(rèn)真考慮一下了。
極地渦旋

在地球南北極高空有個大型的環(huán)流叫作極地渦旋,在冬半年的時候氣溫最低,也是極地渦旋最強的時候。

大部分時候極地渦旋都在正常轉(zhuǎn)圈,一旦正常的環(huán)流被擾動,渦旋就會偏離極地向南移動,所到之處寒潮增多增強。

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很多影響中國的寒潮和極地渦旋南移有關(guān),極地渦旋也是造成北美洲寒潮的主因。

面對寒潮這種終極大boss,中國還有秦嶺、南嶺這些山脈能比劃兩下子。

但對于南北通透的北美洲,寒潮長驅(qū)直入墨西哥灣如入無人之境。

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2019年,極地渦旋帶來的寒潮讓美國芝加哥的溫度能和南極洲一較高下,連熱帶國家墨西哥都下起了凍雨。

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北 極 濤 動

北極濤動,指北半球中緯度地區(qū)(約北緯45度)與北極地區(qū)氣壓形勢差別的變化。它是一個代表北極地區(qū)大氣環(huán)流的重要氣候指數(shù),可分為正位相和負(fù)位相。       

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北極通常受低氣壓系統(tǒng)支配,而高氣壓系統(tǒng)則位于中緯度地區(qū)。當(dāng)北極濤動處于正位相時,這些系統(tǒng)的氣壓差較正常強,限制了極區(qū)冷空氣向南擴展;當(dāng)北極濤動處于負(fù)位相時,這些系統(tǒng)的氣壓差較正常弱,冷空氣較易向南侵襲。

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中國國家氣候中心專家認(rèn)為,美國東部和中國東北、華北地區(qū)均處于大洋西岸。冬季氣團主要從西北向東南穿越北美洲和亞洲。極地氣團南下到大陸上空,當(dāng)氣團經(jīng)過海面時,溫度極低的空氣與相對溫暖的水面接觸,氣團下部溫度升高,水汽進(jìn)入氣團。寒冷、密度較大的冷氣團下沉,使暖空氣上升,溫度降低,水汽凝結(jié),空氣不太穩(wěn)定,云層不斷加厚,產(chǎn)生降水。由于下層空氣溫度很低,當(dāng)冷空氣逐漸向前推移,上升氣流減弱,云中水汽直接在冰晶上凝結(jié)成較大的形態(tài),由此,水汽以雪的形式降落下來。

同時,中國國家氣候中心專家認(rèn)為,相比北美和亞洲的寒潮暴雪天氣不同,歐洲的暴風(fēng)雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流,即北大西洋暖流。其對整個歐洲特別是北歐、西歐的影響很大,這股海洋暖流使得其上面的空氣保持暖濕狀態(tài)。歐洲處于高空冷渦的控制下,來自大西洋的西南暖濕氣流進(jìn)入高空冷渦后上升凝結(jié)產(chǎn)生降雪。由于高空冷渦上升運動強,極地冷空氣南下與當(dāng)?shù)貜娛⒌呐瘽駳饬鞔蠓秶鷧R合會導(dǎo)致大范圍降雪。



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近年來,隨著全球變暖加劇,北極及其鄰近區(qū)域氣溫的破紀(jì)錄事件頻繁發(fā)生:

2019年至年2020的這個冬季莫斯科平均氣溫為0攝氏度,不僅比往年同期氣溫的正常值高了7.7攝氏度,下雪也成了不多見的現(xiàn)象,是140年來最溫暖的冬天,2019年也是俄羅斯有氣溫記錄以來最熱的一年;

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(圖片來自NCEI)

2019年7月4日美國氣象局發(fā)布消息稱阿拉斯加州的安克雷奇國際機場氣溫達(dá)到32攝氏度,打破50年的高溫記錄,當(dāng)?shù)鼐用衿綍r穿棉衣,當(dāng)時出現(xiàn)了在冰雪之上穿短袖短褲滑雪、爬雪山的趣景;

2019年6月和7月分別是歐洲有史以來最熱的6月和7月,歐洲多國氣溫創(chuàng)歷史極值,數(shù)據(jù)顯示,空調(diào)的普及率在歐洲家庭中不到5%,當(dāng)年的空調(diào)銷售異?;鸨?。以德國為例,一臺空調(diào)要價650歐元,安裝費卻要1350歐元,高昂的人工成本也令歐洲民眾苦不堪言;

2018年07月30日 位于北極圈之內(nèi)250公里的挪威城市巴納克也出現(xiàn)了百年難遇的罕見32℃高溫;

年20201月全球陸地和海洋表面溫度為1880年有氣象觀測以來最暖的一月,年2020很有可能超過2016年成為有觀測記錄以來最暖的一年。

北極附近為什么頻現(xiàn)高溫呢?

這不僅和全球氣候變暖有關(guān),

還和北極放大效應(yīng)有關(guān)。

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(圖片來自Cohen等,2020)

北極放大效應(yīng)

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受全球氣候變暖的影響,北極地區(qū)不僅在變暖,而且加速變暖,變暖速度是全球平均速度的2倍。北極加速升溫被稱為“北極放大效應(yīng)”,多種因素造成這一效應(yīng),其中最主要的原因是海冰融化。近些年來,北極海冰面積呈逐年減少的趨勢。2016年1月,北極海冰的覆蓋面積為1338萬平方公里,為1979年有衛(wèi)星記錄以來1月同期最低值。對陽光反射性強的海冰融化成了顏色深的海水,海水又造成北極對太陽輻射的吸收率上升,吸收了大量熱量。海冰融化和北極氣溫上升二者相互影響,加速北極升溫。

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北極“放大效應(yīng)”可能影響著格陵蘭島海冰的融化,也可能會導(dǎo)致未來海平面進(jìn)一步上升?!∪绻窳晏m島的海冰繼續(xù)融化,會促進(jìn)海平面上升,還會導(dǎo)致全球洋流的改變:隨著格陵蘭島南部的融水不斷增加,北大西洋冰冷、鹽度高的海水就會被稀釋,其下沉速度會隨之減慢, 大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(即AMOC,墨西哥灣流)的速度也將減慢,該環(huán)流對全球海洋熱量傳遞起著至關(guān)重要的作用。這個傳送帶向北方的高緯度地區(qū)輸送溫暖的洋流,繼而以深流的方式將北大西洋的冰冷海水向赤道傳輸。它通過將溫暖的表面水傳送到高緯度地區(qū),從而讓這些水在寒冷的北大西洋深層水的地方進(jìn)行冷卻、滲透、向南返程流動。一旦環(huán)流崩潰,北大西洋沿岸國家(特別是東岸)將迎來寒冬,冰島和挪威的海冰將快速擴張,世界各地的降雨量將發(fā)生變化。譚老師地理工作室綜合整理

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北極升溫和海冰減少

近來,不少研究發(fā)現(xiàn),古老的北極冰川正以前所未有的速度消融。到本世紀(jì)中葉,北冰洋很可能會進(jìn)入夏季無冰的時代,一片全新海洋正在形成。

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全球氣候變暖無疑是主要原因。據(jù)科學(xué)家測算,北極地區(qū)變暖速率是全球平均水平的兩倍以上。1980年以來,局部升溫甚至達(dá)3.5攝氏度,升溫幅度大大超過《巴黎協(xié)定》設(shè)定的2攝氏度目標(biāo)。2016年以來,北極中心區(qū)域冬季多次出現(xiàn)爆發(fā)性增溫現(xiàn)象,使得2016~2017年北極年最大海冰覆蓋范圍達(dá)到了1979年以來的最低值,目前夏季海冰覆蓋面積也縮小約30%。

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北極海冰融化對氣候造成了長期性的威脅,因為海冰在反射太陽輻射方面發(fā)揮著巨大作用。隨著氣候變化不斷使海洋升溫,導(dǎo)致海冰融化,北極將變得越來越黑暗,吸收熱量的能力也會進(jìn)一步增強,海洋也將繼續(xù)升溫,這一難以控制的反饋回路被稱為北極“放大效應(yīng)”(Arctic amplification)。

北極變暖速度倍增 北極熊數(shù)量因此下降 

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美國國家海洋和大氣管理局發(fā)布報告說,被稱為“地球冰箱”的北極今年繼續(xù)以世界其他地區(qū)兩倍的速度變暖,這一持續(xù)30年之久的“北極放大效應(yīng)”顯著改變了北極的生態(tài)系統(tǒng),有更多證據(jù)表明北極熊數(shù)量因此下降。

報告說,過去10年全球變暖速度呈放緩趨勢,但北極氣溫持續(xù)增長,其中阿拉斯加今年1月的氣溫高出往年同期10攝氏度,創(chuàng)造新紀(jì)錄。由于氣溫升高,北極熊棲息及捕獵的主要場所——北極海冰面積尤其夏季的海冰面積縮小,生活在加拿大哈得孫灣西部的北極熊數(shù)量,從1987年的近1200頭降至2011年的約800頭,好在北極其他地區(qū)的北極熊數(shù)量仍相對穩(wěn)定。

北極海冰面積創(chuàng)歷史新低,北極“放大效應(yīng)”為罪魁禍?zhǔn)祝?/span>

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圖為美國宇航局的阿卡衛(wèi)星2015年6月拍攝的一張照片,照片中可以看到格陵蘭島附近的海域中漂浮著大量大塊融化的海冰。

從21年202月初開始,美國也陸續(xù)出現(xiàn)數(shù)次降溫,范圍近乎波及整片中部地區(qū)。其實這已經(jīng)不是美國近年來第一次遭遇嚴(yán)重寒潮,在2019年1月整片五大湖地區(qū)的平均氣溫降至-34℃至-40℃,不少市鎮(zhèn)出現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低溫。

2019年1月27日的北美五大湖,寒冷徹骨

(圖:NASA)▼

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今年的寒潮讓美國很多地區(qū)的低溫再創(chuàng)新低,其中受寒潮波及嚴(yán)重的地區(qū),甚至包括美國南部靠近墨西哥灣的得克薩斯州。

時隔兩年,橫跨東西半球的三次寒潮背后有同一個關(guān)鍵因素的影響——極地渦旋。

寒潮下的得克薩斯州(緯度相當(dāng)于中國湖北)

(衛(wèi)星圖:NOAA)▼

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極地渦旋的新家

地球不同緯度接受的太陽輻射量不同,低緯地區(qū)能受到太陽直射,氣溫高,地表氣壓低,而高緯度氣溫較低,地表氣壓高,平流層附近氣壓卻較低,這導(dǎo)致極地高空出現(xiàn)巨大的寒冷的渦旋。

渦旋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,把冷空氣限制在極地地區(qū)。

相當(dāng)于打了個封印,雖然不那么牢靠▼

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南北極都有極地渦旋,南極因為存在較為規(guī)則的南極大陸,而四周為海洋,所以南極的渦旋中心較為穩(wěn)定,通??拷蠘O點。而北極因為陸地分布不規(guī)律,北極點位于北冰洋中,而海陸熱力差異又導(dǎo)致陸地在冬季時氣溫更低,所以北極渦旋也相對呈狹長狀,中心分布于西伯利亞北部和巴芬島上空兩個區(qū)域。

南極點在陸上而北極點在海上

北冰洋周邊環(huán)境也復(fù)雜得多▼

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受地球高低緯度之間的氣壓差的影響,極地與赤道的溫差越大,極地渦旋也就越穩(wěn)定,越能將冷空氣鎖定在極地。可是近年來,全球變暖海冰消融,北大西洋和北太平洋水溫升高,北極渦旋開始出現(xiàn)分裂趨勢。在洋流和大氣環(huán)流的綜合影響下,南方的溫暖空氣會向北移動,“擠壓”北極冷氣團,甚至將其“擠”出多個中心,并在不穩(wěn)定的情況下向南移動。

相當(dāng)于分出好多條北海龍王

每一條南下都是一次大寒潮

(圖片:NOAA)▼

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西半球的北極冷渦中心巴芬島位于加拿大東北部。這里與美國之間僅有哈得孫灣、哈得孫沿岸平原與五大湖相隔,地勢一馬平川,并不能有效阻礙寒潮南下。

這個時候就看出阿巴拉契亞山脈的作用了

(2019年1月寒潮南下)

(圖:NOAA)▼

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近年來氣候變化日益明顯,北極海冰持續(xù)減少,北極冷渦變得很不穩(wěn)定,巴芬島上空的冷渦中心經(jīng)常南下到五大洲周邊地區(qū)和美國東北部,在北美的人口密集地區(qū)肆虐。而美國的中央大平原同樣地勢低平,有利于寒潮的進(jìn)一步南下,冷空氣常常得以貫穿全美,美國自然深受其害。

也就是說在駐巴芬島北海龍王面前

從哈得孫灣到墨西哥灣,幾乎無險可守

南北向的密西西比河上空,寒流可以肆意流淌


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每次冷渦一到,美國各地降溫幅度也非常夸張。今年1月,其在北京創(chuàng)造的最低溫度是-19℃,而五大湖周邊受寒潮影響時,則動輒出現(xiàn)-30℃的低溫。南下的冷渦除了帶來低溫,還與哈得孫灣與五大湖的水汽碰撞,導(dǎo)致大規(guī)模降雪、道路結(jié)冰、凍雨等次生災(zāi)害,為交通、供電、農(nóng)業(yè)帶來巨大壓力。


2月19日早晨的低溫美國

圖中溫度應(yīng)為華氏度,1華氏度相當(dāng)于-17.22攝氏度

-10華氏度,相當(dāng)于-23攝氏度,相當(dāng)冷了

(圖:NOAA)▼

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換句話講,冷渦為美國帶來的除了“冷”,還有“凍”。

美國這一次寒潮范圍之廣也實屬罕見,從加拿大邊界的圣勞倫斯河到墨西哥邊界的里奧格蘭德河,美國本土領(lǐng)土從北至南近2000英里的廣袤土地被寒潮貫穿,普遍遭遇降溫。1.54億美國人可能受到寒潮的影響,位于平原地帶的亞拉巴馬州、俄克拉荷馬州、堪薩斯州、肯塔基州、密西西比州和得克薩斯州先后發(fā)布了緊急聲明。

相當(dāng)于得克薩斯可以和阿拉斯加一個溫度

免費體驗了一把北極

(2月15日北美氣溫,圖:NASA)▼

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美國得克薩斯州遭遇暴風(fēng)雪襲擊,導(dǎo)致超過400萬戶家庭斷電、超過1490萬人無水可用的事,引發(fā)全球關(guān)注。

圖片△美國得克薩斯州遭遇暴風(fēng)雪襲擊(圖片來自:CNN)

與此同時,南歐希臘多地遭遇罕見大雪,斷水?dāng)嚯?、學(xué)校關(guān)閉。譚老師地理工作室綜合整理

圖片△希臘多地遭遇罕見大雪(圖片來自:美聯(lián)社)

暴風(fēng)雪為何奇襲以沙漠、烈日著稱的美國南部和陽光海灣的希臘。其實“癲狂”天氣的成因非常多,今年這波重點關(guān)照南方的暴風(fēng)雪有三大因素值得重點分析。

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冷空氣從哪來?

我們常常會聽到“來自西伯利亞的冷空氣”這樣的說法,其實西伯利亞并不是冷空氣的老家,而是冷空氣的“中轉(zhuǎn)站”和“加油站”,真正的冷源是極地。

地球在不同的緯度接收到的太陽輻射也是不同的,極地接收到的熱量最少,赤道則最多。這就造成了極地的地表溫度低、氣壓高,赤道的地表溫度高、氣壓低。相對應(yīng)的,在極地的高空也就是平流層出現(xiàn)了低氣壓,從而形成了極地渦旋,簡稱極渦。

每年冬天,正常情況下,平流層的極渦都是被強烈的西風(fēng)圍繞,極冷空氣如同戴上了緊箍咒被圈在極區(qū)內(nèi),這時候我們的氣候正常,氣溫起伏相對較小。但在異常情況下,平流層極渦會被擾動,變形或崩潰,這就好比禁錮冷空氣的緊箍咒被平流層打破,其效應(yīng)向下傳導(dǎo),會迫使對流層極區(qū)的冷空氣大規(guī)模向南擴散,寒潮就此爆發(fā),影響開始擴大。

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△非正常 

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△正常

誰打破了禁錮冷空氣的緊箍咒?

眾所周知,影響天氣的因素出現(xiàn)在大氣層的最底層,就是約10公里厚的對流層。而連民航飛機都飛不到的平流層的變化,有時也會與對流層相互作用,從而影響我們的天氣。

年2020末至21年20初,北極上空的平流層出現(xiàn)了異動,是一次典型的“平流層爆發(fā)增溫”。平流層爆發(fā)增溫是低層的大氣波動在某種有利的條件下被傳播到平流層,而影響了平流層的環(huán)流所導(dǎo)致的。動畫是平流層中層約30公里高度也就是10hPa的溫度變化,我們可以看到北極極區(qū)的氣溫迅速上升。年202012月31日極區(qū)氣溫約-62℃,21年201月4日驟然上升到-22℃,在短短5天時間內(nèi)極地平流層溫度上升了40℃。極區(qū)平流層的異常增溫會伴隨平流層逆時針旋轉(zhuǎn)的強大西風(fēng)環(huán)流減弱或轉(zhuǎn)為順時針,平衡就這樣被打破了。

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△21年20初平流層爆發(fā)增溫

平流層增溫從醞釀、發(fā)展到爆發(fā)所產(chǎn)生的效應(yīng),通常需要大約2周左右的時間開始影響到對流層,并在接下來1個月左右的時間內(nèi)持續(xù)影響對流層氣候。然而,強的平流層爆發(fā)增暖并不是每年都會發(fā)生,并且每次發(fā)生也并不總是影響同一個地區(qū)的天氣氣候,今年恰好影響的是歐洲和美國。

圖片△寒潮影響北美

暴風(fēng)雪為何奇襲得州和雅典?


首先,本次寒潮由極渦親自掛帥南下 ,所以無論降溫能力還是影響范圍都是王者級別。在剛剛過去的十天,歐洲、北美成為北半球氣溫偏低最為明顯的區(qū)域,很多地區(qū)偏低在10℃以上。

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其次是地形因素影響,在冷空氣南下的移動過程中,如遇地勢比較平坦順暢,那么速度自然就快,消耗就少,反之則慢,消耗也大。因此,海洋、平原地區(qū)冷空氣所受阻礙少;山地對冷空氣前進(jìn)阻礙大。美國西部山多、中東部是平坦的中央大平原,此次冷空氣順著洛基山以東,從中央大平原一路向南,沒有任何阻擋直達(dá)墨西哥灣沿線。當(dāng)寒潮到達(dá)的同時,來自墨西哥灣的暖濕氣流同步抵達(dá)這一地區(qū),寒潮主導(dǎo)加之暖濕空氣配合,造成這一地區(qū)大范圍的降雪天氣,并導(dǎo)致極其嚴(yán)重的影響。

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△美國得克薩斯州遭遇暴風(fēng)雪襲擊(圖片來自:CNN)

隨著全球氣候變暖的趨勢日益加大,極端天氣氣候事件有增無減。當(dāng)北美、歐洲極寒的時候,我國的2月份則是暖得驚人,華北、黃淮等地紛紛突破2月歷史最高氣溫紀(jì)錄。在未來,我們可能面臨更加炎熱的夏季、更加猛烈的對流,同時也有更加頻繁的冬季寒潮影響。

科學(xué)家們一直認(rèn)為,地球的環(huán)境問題是一個巨大的問題,隨著人類的不斷發(fā)展,人類對地球資源的需求也在不斷增加。但人類對資源的不斷開采,也使地球環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞,地球資源日益短缺,不斷排放的溫室氣體使全球氣候變暖問題日益惡化,而且將日益難以控制。

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我們都知道,溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球溫度上升,南北冰川大范圍融化,海平面上升,海岸線也在退步,但是,最近有專家說:全球變暖將會停止,開啟冷卻模式,甚至?xí)兝?。究竟發(fā)生了什么事呢?

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隨著人類對環(huán)境無止境的索取和破壞,越來越多的嚴(yán)重問題也逐漸擺在眼前,“溫室效應(yīng)”就是其中一個令人痛心的嚴(yán)重問題,但這段時間,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了另一個即將出現(xiàn)、將給地球和人類帶來危機的現(xiàn)象,即幾十年后即將到來的“小冰期”。

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如其名稱所示,我們可以從字面上理解,這是一種導(dǎo)致溫度急劇下降的現(xiàn)象,當(dāng)“小冰河時代”來臨時,太陽向地球傳遞的逐漸消退的溫度將大幅降低,冷卻將不可避免地成為難題;這種現(xiàn)象的提出來自一位美國科學(xué)家的研究,他們利用儀器記錄下太陽活動的周期,也正因為這樣才能發(fā)現(xiàn)太陽極小期。

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據(jù)科學(xué)家分析,到2050年,太陽將進(jìn)入一個奇怪的“蒙德極小期”,這是一次推測性的事件,科學(xué)家們認(rèn)為,該事件導(dǎo)致17世紀(jì)中期地球異常寒冷,當(dāng)時英國倫敦的低溫已經(jīng)使泰晤士河封凍。另外,1658年,波羅的海還遭遇了一場罕見的冰凍,直到今天還無法想像,那就是瑞典軍隊能夠在冰面上遠(yuǎn)足并入侵丹麥。

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在此項研究中,物理學(xué)家 DanLubin領(lǐng)導(dǎo)了這一研究,他認(rèn)為,這些事件與太陽活動的循環(huán)有關(guān),而且在未來30年到達(dá)極小期之前,我們可能會經(jīng)歷比17世紀(jì)中期更糟糕的情況。

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第一個影響是,當(dāng)太陽的能量減少時,地球平流層的臭氧層變薄。與此同時,它會使平流層的溫度結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而改變底層大氣環(huán)流,尤其是影響風(fēng)向和天氣模式。但冷卻并不均勻,科學(xué)家們注意到,歐洲地區(qū)可能在極小時期出現(xiàn)明顯的冷卻,但阿拉斯加和格陵蘭南部卻異常溫暖。

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也許許多人都認(rèn)為,地球冷卻是件好事。但是,實際上,太陽極小期所帶來的涼爽并不適合地球,比如說,夏天的時間會縮短,而糧食可能因此而減產(chǎn),嚴(yán)重的話,可能會導(dǎo)致糧食供應(yīng)不足的問題。

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對許多人來說,尤其是生活在南方的人們來說,過去一周籠罩著美國中心地帶的北極寒流,這種寒冷的天氣百年一遇。無數(shù)次創(chuàng)紀(jì)錄的低溫。惡劣的天氣使德克薩斯州的電網(wǎng)不堪負(fù)荷,數(shù)百萬人斷電,水管破裂,引發(fā)了人道主義危機。

由于氣候變化導(dǎo)致冬季普遍變暖,并導(dǎo)致過去十年全球高溫記錄的數(shù)量超過低溫記錄的2比1,這一歷史性的寒流似乎有違直覺。事實上,矛盾的是,氣候變暖實際上可能導(dǎo)致了極端寒冷。

氣象學(xué)在過去的幾十年里取得了長足的進(jìn)步,氣象學(xué)家提前幾周就看到了這個極端的冬季天氣。這種極端模式是由年初在北極出現(xiàn)的一種大而可識別的現(xiàn)象引起的,這種現(xiàn)象被稱為“平流層突然變暖”(SSW)。

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哥倫比亞廣播公司新聞在1月7日預(yù)告了冬天的惡劣天氣,解釋了在12月底和1月初的幾天里,北極上空的大氣溫度升高了100華氏度——從零下110華氏度躍至零下10華氏度。譚老師地理工作室綜合整理

“平流層突然變暖”是一種自然現(xiàn)象,每隔幾個冬天就會發(fā)生,預(yù)示著接下來幾周的極端天氣。這是因為當(dāng)北極迅速變暖時,破壞了一團旋轉(zhuǎn)的冷空氣——極地渦旋——一種每年冬天都會出現(xiàn)的半永久的天氣系統(tǒng)。

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通常情況下,高速氣流繞著渦旋旋轉(zhuǎn),就像一個套索,將冷空氣困在里面。但當(dāng)北極變暖時,急流減弱并拉長,使得冷空氣向南俯沖。

這使得在北極上空形成了一座巨大的暖空氣山,暫時取代了冷渦。溫暖的山脈起到了大氣阻擋的作用,將急流和刺骨的冷空氣轉(zhuǎn)向南方。

氣象學(xué)家預(yù)見了未來幾周的極端情況。北極上空幾英里的平流層突然變暖(一種自然現(xiàn)象),加上氣候變化導(dǎo)致的北極變暖,這一模式=不穩(wěn)定的PV和波浪形極端急流,極端寒冷和溫暖。

雖然這種刺骨的冷空氣團對上中西部地區(qū)來說確實令人難忘,但對他們來說并沒有那么不尋常。1899年創(chuàng)下的紀(jì)錄在美國北部地區(qū)更為普遍和嚴(yán)重。

使這一特殊情況具有歷史意義的是,冷空氣的核心——極地渦旋的一部分——比它真正往南俯沖的距離要遠(yuǎn)得多:通常在北極附近整整4000英里。

過去的一周內(nèi),數(shù)以百計的日最低紀(jì)錄被打破,集中在美國中南部平原各州。前所未有的寒冷天氣,許多城鎮(zhèn)沒有習(xí)慣也沒有準(zhǔn)備好應(yīng)對這種惡劣的天氣,也創(chuàng)下了數(shù)十項歷史記錄。

隨著漩渦的影響減弱,一周的記錄循環(huán)。每天100個,每月幾十個,歷史記錄。最令人印象深刻的記錄是在南部,因為這一歷史性事件與氣團的極端程度無關(guān)。

這產(chǎn)生了一些驚人的視覺效果。阿肯色州奧扎克的冰凍瀑布,以及路易斯安那州凍結(jié)的沼澤。

長期以來美國各地的冬天都在變暖,寒冷也在減少,但這種情況還是出現(xiàn)了。在明尼蘇達(dá)州保羅,例如,從1970年到年2020,一年中最冷的溫度上升了12.1華氏度。

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北極地區(qū)是全球變化響應(yīng)最敏感的區(qū)域,北極地區(qū)地表氣溫的增暖速度是全球平均的2-3倍,稱之為北極放大效應(yīng)(Arctic Amplification)。過去30年來北極氣溫異常值越來越大,到2019年已經(jīng)升溫達(dá)3攝氏度以上。為什么北極升溫速度比其他地方快?

1.海冰—反射率正反饋

我們都知道,白色冰雪對于太陽輻射是具有反射作用的。全球氣候變暖,北極地區(qū)海冰消融變成開闊水面,海冰的反射作用消失,而海水吸收和儲存了更多的太陽輻射,海水對近地面的加熱作用隨之增強,導(dǎo)致近地面升溫。更暖的氣溫使得海冰進(jìn)一步減少, 從而形成了海冰—反照率正反饋,加速了北極的升溫速度。

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海冰反射率

2.大氣溫度反饋

根據(jù)普朗克定律可知,在同等的外部輻射強迫下,絕對溫度越高,為達(dá)到向外輻射能量平衡所需要的溫度調(diào)整便越小,反之亦然。比如在30°C時,為平衡1 W/m2的輻射強迫氣溫需要升高0.16°C,而在-30°C時, 為平衡同樣能量所需的增溫則達(dá)到0.31°C。由于北極地區(qū)的絕對溫度明顯低于中低緯地區(qū),在同等輻射強迫下,北極地區(qū)需要更高的增溫來達(dá)到新平衡。所以這也會造成北極地區(qū)升溫比其他地區(qū)快。此外,由于北極地區(qū)的增溫主要在大氣的低層,而熱帶地區(qū)主要在中高層,因此大氣增溫對于北極地表溫度升高影響更顯著。

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不同地區(qū)的熱輻射強度因溫度和吸收能量等而有差異

3.云和水汽反饋

眾所周知,水汽是一種重要的溫室氣體,能夠吸收大氣中的太陽長波輻射并儲存熱量,增強大氣的保溫作用。隨著全球氣候變暖,北極地區(qū)大范圍海水蒸發(fā),大氣中水汽容量增多,對應(yīng)的云量也會增多,大氣的保溫作用增強,造成北極地區(qū)升溫。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年來北極海冰減少和北極增溫的重要原因。

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大量水汽入侵后對北極氣溫快速升高

4.除以上三點原因外,大氣環(huán)流和洋流也能將低緯度的水汽和熱量輸送到北極。

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北極放大效應(yīng)的驅(qū)動機制

針對這一獨特現(xiàn)象,氣象學(xué)者提出了許多關(guān)于北極放大效應(yīng)的物理機制,主要分為四類:

一、溫室氣體增加導(dǎo)致全球氣溫升高,北極海冰融化后海水吸收了更多的太陽輻射,進(jìn)而導(dǎo)致海冰進(jìn)一步減少,從而造成北極氣溫的進(jìn)一步升高,形成了惡性循環(huán);

二、北極云量和水汽的增加導(dǎo)致更多的長波輻射被反射回地面;

三、中緯度波動向北極輸送更多的熱量和水汽(一種溫室氣體);

四、海洋變暖后向極地輸送更多熱量,導(dǎo)致海冰融化;

雖然以上機制可以在一定程度上解釋北極變暖,但北極變暖的速度還是超出了預(yù)期,說明北極變暖還有許多未解之謎,有待于科學(xué)家進(jìn)一步揭秘。

近年來隨著溫室氣體增加,北極氣溫迅速升高,比全球其他緯度的增溫都要快,這使得北極和中低緯度間的溫度梯度減小,大氣的正壓性增強,有利于極端天氣氣候事件的發(fā)生,在這種背景下北極和鄰近區(qū)域出現(xiàn)極端天氣氣候事件,尤其是高溫事件的概率也會越來越大。

同樣,北極變化與中緯度天氣氣候的聯(lián)系也存在爭議,氣象學(xué)者正在對它們在何種時間尺度,哪些區(qū)域,以何種方式存在聯(lián)系進(jìn)行著激烈的爭論。

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(圖片源自AER)


北極升溫和海冰較少影響


首先,北極陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化。在陸地上,積雪快速融化,植被覆蓋增加,樹線北移;在海洋里,溫度和光照的增加促進(jìn)了浮游植物的生長,魚類等隨之北上,漁業(yè)資源也北移。極地是全球生態(tài)安全的屏障,作為地球上的生態(tài)脆弱帶,這些變化可能給寒冷生態(tài)系統(tǒng)的微妙平衡帶來重大破壞。

其次,二氧化碳等溫室氣體的循環(huán)過程發(fā)生極大改變。北極是目前地球上碳源匯格局變化最劇烈的地區(qū)。

碳源和碳匯分別指二氧化碳的釋放源和吸收體。一方面,地表大量營養(yǎng)鹽物質(zhì)在冰層融化后被沖刷入海,開闊海域面積和持續(xù)時間增加,都有利于海洋植物的生長,加強了碳從海洋表層向深層的轉(zhuǎn)移和埋藏,這一將碳“抽”入海底的過程也被形象地稱為“海洋生物泵”;另一方面,凍土層加速融化加劇了土壤中甲烷和二氧化碳的釋放,海域的擴張也加大了浮游生物對二甲基硫等溫室氣體的排放??梢?,碳源和碳匯在北極都有所增加??傮w來說,北冰洋是大氣二氧化碳的“匯”,但這個“匯”涉及上述陸地與海洋物質(zhì)交換的多種過程,未來究竟會如何變化,目前尚不得而知。

最后,北極地區(qū)發(fā)生的?!獨庀嗷プ饔眠^程也對北半球的氣候和極端天氣產(chǎn)生了影響。北極海冰面積減少會導(dǎo)致北半球冬季大氣環(huán)流場的變化,造成中緯度氣壓降低和高緯度氣壓升高,給北半球國家?guī)眍l繁的寒潮與暴雪,甚至影響霧霾的擴散。此外,冰層的融化也會導(dǎo)致海平面的升高。據(jù)估算,如果格陵蘭島的冰川全部融化,全球海平面將上升約7米。即便較小的海平面上升,加上臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端天氣的共同作用,也將給沿海地區(qū)帶來巨大災(zāi)難。


北極的快速變化也能帶來新的經(jīng)濟機遇:北極航道通航能力增強,油氣、漁業(yè)等資源開采的條件將大為改善。然而,對于北極,我們已知的還很少,未知的還太多。未來,對北極變化情況及其生態(tài)效應(yīng)影響還需開展更多的科學(xué)研究。在此基礎(chǔ)上,各國也應(yīng)立足長遠(yuǎn),為應(yīng)對氣候變化、規(guī)范北極治理積極展開磋商和合作。

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1982-2007,北冰洋較厚冰層逐漸減少

(圖片:wikipedia@National Snow and Ice Data Center)▼

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冰蓋融化導(dǎo)致極地冷渦南移

在正常年份,北極的海冰面積在3月份時到達(dá)最大值16000000平方千米,9月份時經(jīng)過一整個夏季的融化,到達(dá)最小值7000000平方千米。因為海冰的反照率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水,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(shù)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(diào)節(jié)系統(tǒng)

(參考:NOAA)▼

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冰蓋減少會造成大氣環(huán)流的異常,重要表現(xiàn)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(fēng)減弱,西伯利亞高壓增強等等,而后者對中國冬季氣候來說至關(guān)重要。

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(zhuǎn)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(qū)。

它的形成源于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(wěn)定,越能將冷空氣鎖定在極地。

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(wěn)定,目前還沒有發(fā)生什么變化。而在陸地占比比較大的北半球,氣流交換的干擾作用更加明顯,所以北極極地渦旋的受干擾因素更多。

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占據(jù),擠壓極地渦旋原本的空間。受到擠壓的極地渦旋影響范圍就變得不再穩(wěn)定、規(guī)則,北極氣團就可能被“擠”到更靠南的地方。

嚴(yán)重時,極地渦旋本身也會發(fā)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(wěn)定。

全球變暖越來越顯著,這導(dǎo)致海冰減少,反射減弱,吸收更多太陽熱力,海冰進(jìn)一步減少的惡性循環(huán),所以出現(xiàn)了非常反常識的現(xiàn)象——北極升溫幅度接近其他地區(qū)平均升溫幅度的三倍。

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(huán)流也因此受到影響。繼而,它減弱了極地渦旋和西風(fēng)急流,使西風(fēng)急流較為波動,有利于北極冷空氣南侵。

所以在過去四十年,極地渦旋的偏弱的趨勢在逐漸明顯,在近年來終于愈發(fā)明顯地出現(xiàn)分裂。在最嚴(yán)重時分裂為雜亂無章的數(shù)個,并南下到北半球中高緯地區(qū),這也就解釋了為什么在2010年代,美國東北部的冬季變得更加嚴(yán)酷。

除了極地渦旋減弱的大環(huán)境,發(fā)生于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(xiàn)象源自東南信風(fēng)吹走了太平洋東部被曬熱了的表層海水,導(dǎo)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,并影響熱帶大氣環(huán)流,進(jìn)而影響風(fēng)和降雨量。它對天氣和氣候的影響通常與厄爾尼諾現(xiàn)象相反,對中國來說,增加冷冬出現(xiàn)的概率。

北極變暖有那些影響?

1.對中緯度天氣氣候的影響

北半球中緯度是世界人口的密集區(qū),在北緯20-65N的溫帶和亞熱帶區(qū)域內(nèi)居住著約80%的世界人口。
北極變暖不僅影響北極地區(qū),還與中緯度地區(qū)的天氣氣候具有密切聯(lián)系,北極變暖后,北極和中緯度的溫度梯度減小,導(dǎo)致大氣的正壓性增強,有利于中高緯度極端天氣的發(fā)生。
研究表明,北極變化與中國極端高溫、極端低溫、強降水、暴雪、霾日數(shù),以及歐洲的高溫?zé)崂?,歐亞大陸北部冬季變冷趨勢,美國東北部暴風(fēng)雪等有密切聯(lián)系。
以美國東北部的暴風(fēng)雪為例,在北極加速變暖的階段,美國東北部發(fā)生強暴風(fēng)雪的城市數(shù)量明顯增加。
因此,在人口密集的北半球中低緯度越來越頻繁的極端天氣氣候事件對人類生命和財產(chǎn)安全構(gòu)成了直接的挑戰(zhàn)。

2.加劇水分循環(huán)

冰層是全球淡水的重要來源,儲存著全球70%以上的淡水,是地球上最大的淡水庫。短期內(nèi),冰層融化可增加周邊河流水資源的供給,通過水分循環(huán)使降水增多,緩解干旱地區(qū)水資源短缺的狀況,改善生態(tài)環(huán)境,對灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展和缺水地區(qū)生物的生存具有積極作用。但從長期來看,冰層融化會造成未來水資源供應(yīng)不足。

3.改變大洋環(huán)流

由于北極冰層融化及降雨量增加等因素,大量淡水匯入北大西洋和北太平洋,影響了北極附近的海水濃度。在過去的幾十年里,流向南部的深層海水鹽度變得越來越低,原因是北極冰層融化形成了大量淡水,通過海水運動匯入北大西洋,改變了這些海域的海水鹽度。

4.對海平面的影響

海冰融化不會導(dǎo)致海平面上升,隨著北極變暖加速,格陵蘭冰蓋會進(jìn)一步融化,如果格陵蘭冰蓋完全融化,全球海平面將上升約7米,全球上百個海濱城市包括上海和廣州將沉入水底。

假如南極冰蓋、格陵蘭冰蓋、陸地冰川等的冰層全部融化,海平面將會上升約66米,絕大部分人口最集中、最繁榮、最發(fā)達(dá)的沿海城市將被淹沒,屆時,我國華北大部分(包括北京和天津)、華東部分、珠三角地區(qū),倫敦、美國佛羅里達(dá)州、墨西哥灣等大部分區(qū)域、東京、京都等大城市都難逃厄運,日本領(lǐng)土?xí)缓K毫殉墒畞韨€小島,更慘的是擁有1.6億人口的孟加拉國全國將會沉沒。

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(圖為海平面升高66米后的海陸分布圖)

5.對人體健康的影響

極端高溫?zé)崂藭θ祟惖慕】诞a(chǎn)生有害影響,導(dǎo)致從抑郁到心臟病發(fā)作等各種疾病。例如2003年夏天襲擊歐洲的高溫?zé)崂?,在整個歐洲大陸奪去了超過7萬人的生命,其中大部分是老年人,根據(jù)一項研究顯示,美國每年超過600人死于中暑。
2019年夏季,歐洲諸多國家和地區(qū)都經(jīng)歷了前所未有的高溫?zé)崂颂鞖狻?/span>
法國衛(wèi)生部數(shù)據(jù)顯示,2019年6月24日-7月27日間連續(xù)兩輪高溫天氣共導(dǎo)致1435人死亡。
在2013-2015年,上海市高溫?zé)崂似谂c非高溫?zé)崂似谌巳悍且馔馑劳鲲L(fēng)險增加8.78%,冠心病死亡風(fēng)險增加15.83%。2013年上海高溫?zé)崂讼嚓P(guān)的超額死亡人數(shù)(超過該地區(qū)既往平均死亡人數(shù))為1347人,占總超額死亡人數(shù)的71.3%,是2003-2012年熱浪相關(guān)超額死亡數(shù)平均值的3.9倍。
6.對病毒傳播的影響

北極氣溫上升正產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng),使引發(fā)病毒和流行病傳播的一些因素被激活,病毒危機表現(xiàn)出比以往更復(fù)雜的形態(tài)。

首先,北極氣溫升高導(dǎo)致北冰洋冰層和陸上永凍土融化,被困在永凍土下數(shù)百萬年的遠(yuǎn)古病毒正“蠢蠢欲動”。

其次,覆蓋在北極海洋的冰層不斷消融,使得生活在大西洋和太平洋的生物開始融合。在冰層融化前,兩大洋的生物被北極厚厚的冰層阻隔,形成了相對獨立的基因系統(tǒng),彼此間都缺乏抵御對方疾病的抗體。而冰川的消失,讓這些生活在不同區(qū)域,攜帶不同疾病的海洋生物相遇,不可避免將會導(dǎo)致一些致命疾病的傳播。

再次,氣候變暖使一些野生動物物種,被迫遷移到以前因過于寒冷而不適宜動物生存的地方??梢韵胍?,世界各地大批候鳥的棲息環(huán)境也會因氣候變化而變,候鳥的遷徙行為將隨之變化,這種變化使得人禽共染病毒有更多的機會得以傳播,如多種禽流感。

最后,雖然目前北極地區(qū)仍是一片荒涼,深層永凍土層尚可獨安一隅,但人類的科研和生產(chǎn)活動已開始在這一區(qū)域啟動,采礦和鉆井作業(yè)所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來,如果那里仍然存在有活力的病毒粒子,將可能帶來未知的災(zāi)難。

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這頭冰凍的長毛猛犸象遺體是在俄羅斯西伯利亞永久凍土地帶被發(fā)現(xiàn)的,距今約有39000年歷史

數(shù)據(jù)顯示,在2004年和2009年,病毒感染的幾率是其他年份的9.2倍,這與當(dāng)年海冰的消融有關(guān)。海冰消融導(dǎo)致極地動物尋找新的棲息地,隨著這些動物的遷移及與其他物種的接觸,可能會引入和傳播新的傳染病。研究人員表示,隨著北極海冰的持續(xù)消融,病毒跨越北太平洋和北大西洋傳播可能會越來越普遍。

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法國科學(xué)家復(fù)活的一種在西伯利亞永久凍土中冷凍了3萬多年的巨型無害病毒

科學(xué)家還在冰川中發(fā)現(xiàn)了古老病毒。1999年,美國科學(xué)家在格陵蘭島深達(dá)2000米的地下冰芯樣品中檢測到了“番茄花葉病毒”的影子,由于這種病毒很穩(wěn)定,它們的基因組在冰層里埋藏了14萬年還能被檢測到。這也是目前發(fā)現(xiàn)的最為古老的病毒基因組痕跡。

西伯利亞永凍層病毒研究成果披露了更多的病毒信息。2014年3月,科學(xué)家在俄羅斯的西伯利亞凍土層中發(fā)現(xiàn)了迄今世界上最大的巨型病毒,長達(dá)1.5微米,可以在光學(xué)顯微鏡下直接觀察到,其生存的年代正是史前人類尼安德特人滅絕之時的3萬多年前,科學(xué)家將其命名為“西伯利亞闊口罐病毒”。

此外,科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)永凍土內(nèi)的病菌已經(jīng)開始威脅人類。2016年夏天,西伯利亞亞馬爾半島上的一群馴鹿和游牧民患上一種神秘的疾病。有關(guān)“西伯利亞瘟疫”的謠言一度甚囂塵上。實際上,這種神秘疾病上一次出現(xiàn)在該地區(qū)還是1941年。當(dāng)時一個小男孩和一群馴鹿死亡后被確診罹患炭疽熱。病源是一具解凍的馴鹿尸體,而這頭馴鹿死于多年前的炭疽熱疫情。因此,科學(xué)家認(rèn)為,是氣候變暖促使永凍土層解凍,以致在此地區(qū)消失了75年的炭疽桿菌又卷土重來。

醫(yī)學(xué)專家對2016年亞馬爾半島的這次事件進(jìn)行了追蹤調(diào)查。雖然目前依然不清楚這種病毒是如何感染當(dāng)?shù)厝说?,但大多?shù)專家認(rèn)為,牛虻可能起到了中介宿主的作用。亞馬爾半島的夏季,是牛虻的繁殖高峰期,當(dāng)?shù)睾芏鄠魅静《寂c牛虻有關(guān)。

國際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》近日發(fā)表的一項研究顯示,加拿大北極地區(qū)的冰川正在以前所未有的速度消融,深藏地下4萬年的景觀逐漸暴露出來,同時古老的植被和古細(xì)菌也得以重見天日。

7.對動物的影響

美國地質(zhì)勘探局的科學(xué)家表示,由于北極海冰融化,北極熊不得不到阿拉斯加北部的陸地上進(jìn)行繁殖,導(dǎo)致繁殖成功率下降,獵物也相應(yīng)減少,捕食期越來越短,對北極熊的生存造成影響。此外,北極冰層的融化造成北極狐食物減少、海豹棲息地改變、海鳥養(yǎng)育后代困難、冰藻數(shù)量急劇減少等一系列問題,威脅著北極生物的生存。

北極冰層的融化帶來的影響絕不僅僅涉及北極地區(qū)生物,還關(guān)系到人類生存的環(huán)境。冰層的融化改變了北極魚群的生存環(huán)境,漁場分布發(fā)生變化,將直接影響周邊國家漁業(yè)發(fā)展。此外,隨著北極冰層減少,海水里的營養(yǎng)物質(zhì)含量降低,威脅到以這些營養(yǎng)物質(zhì)為主要食物來源的海洋魚類和浮游生物;食物的減少會使一些種群開始萎縮,進(jìn)而威脅到以魚類為主要食物的食肉動物的生存;食物鏈變得日漸脆弱,最終將影響包含人類在內(nèi)的整個生態(tài)系統(tǒng)。

海冰減少還會帶來海洋酸化和永凍帶污染物大范圍擴散等重大環(huán)境問題,影響海洋生物可利用的光合作用總量,影響大型哺乳動物的生存環(huán)境。

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(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

8.對植被和農(nóng)業(yè)的影響

隨著北極氣候變暖,北半球中緯度地區(qū)頻頻發(fā)生極端高溫事件,發(fā)生森林火災(zāi)的風(fēng)險越來越高。

僅2018年上半年歐洲就發(fā)生了450起大規(guī)模的森林火災(zāi),且嚴(yán)重森林大火的數(shù)量比過去十年多了40%,其中希臘的森林大火是歐洲1900年以來最大的森林火災(zāi)。

年2020新年伊始,澳大利亞一場“災(zāi)難級”的山火進(jìn)入了全球視野,整個世界都為之揪心,據(jù)統(tǒng)計,有5200萬的哺乳動物、6200萬的鳥類、3.89億的爬行動物在這場大火中喪生,1070萬公頃的森林和灌木被損毀。大量森林被毀壞,會導(dǎo)致地面反照率下降,吸收更多太陽輻射,還會導(dǎo)致大量的二氧化碳被釋放到大氣中,進(jìn)一步加速全球變暖。

北極加速變暖會導(dǎo)致格陵蘭冰蓋會進(jìn)一步融化,引起海平面上升,海水會向內(nèi)陸倒灌使得鹽土向內(nèi)陸擴展導(dǎo)致土地鹽漬化和沼澤化,所以靠近沿海地區(qū)的種植面積會急劇減少,造成糧食產(chǎn)量下降。

全球氣候變暖將使世界主要糧食帶向極地擴展,并且擴展的速度是年平均氣溫每提高1℃,地球中緯度地區(qū)的農(nóng)作物等將向兩極推進(jìn)150公里左右,會使較為寒冷的高緯度地區(qū)的農(nóng)作物生長期延長,產(chǎn)量相應(yīng)增加。而世界上主要產(chǎn)糧地區(qū)是分布在中、低緯度地區(qū),高緯度地區(qū)的耕地面積有限,因此高緯度地區(qū)所增加的糧食產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能補償其他地區(qū)糧食的減產(chǎn)。

9.對地面建筑和設(shè)施的影響

在接近極地和中低緯度高山區(qū)域,很多設(shè)施比如公路、房屋等都建設(shè)在多年凍土之上。據(jù)估計,全球大約350萬人生活在多年凍土或鄰近區(qū)域。一旦多年凍土開始部分消融,上層土地開始變得非常不穩(wěn)定,滑坡等地質(zhì)災(zāi)害必然會加快,破壞建造在其上的設(shè)施。圖5是加拿大一個小鎮(zhèn)上被不穩(wěn)定的土地破壞的道路。受不穩(wěn)定的多年凍土影響的區(qū)域還有俄羅斯、阿拉斯加、挪威、中國高原區(qū)(青藏高原)等等。

圖5. 多年凍土融化破壞其上的道路

10.資源和航道價值凸顯

事物的變化往往具有兩面性,北極海冰融化對全球氣候、生態(tài)等產(chǎn)生消極影響的同時,也產(chǎn)生了一定的積極影響。

北極地區(qū)的資源價值將進(jìn)一步顯現(xiàn)。北極海域的冰層融化使北冰洋底的石油、天然氣等海洋資源的開采變得可行。北極海域洋底的一半為大陸架,自然地質(zhì)特征決定了北極海域擁有豐富的石油、天然氣及礦物質(zhì)儲量,但是過去北極海域常年冰封,惡劣和艱苦的氣候條件使開發(fā)這些海洋資源遙不可及。而氣候變暖使曾經(jīng)長期被人忽視的海域,在不久的將來可以變成開發(fā)利用的“風(fēng)水寶地”。

北極航線的經(jīng)濟價值將得以實現(xiàn)。北極航線是指北冰洋上連通太平洋與大西洋的航線,目前包含西北航線和東北航線,前者為繞過加拿大北部的航線,后者為繞過西伯利亞北部的航線。這兩條航線更接近球面上兩點之間的最短連線(大圓航線),是連接太平洋北部與大西洋北部的最短航線。未來,由西北航線和東北航線形成的新“大西洋-太平洋軸心航線”,將成為北美、北歐和東北亞國家之間最近的海上通道,亞、歐和美洲之間的航線將縮短6000~8000公里。

北極航線通航的重要意義體現(xiàn)在它連接的是世界最為發(fā)達(dá)的經(jīng)濟區(qū)域。世界經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家大多集中在北半球的中高緯度地區(qū),北極航線為這些國家的經(jīng)濟貿(mào)易提供了更便捷的通道。北極航線一旦全線開通,必將對世界航運格局產(chǎn)生重大影響。

觀測數(shù)據(jù)、再分析資料和模式模擬均顯示全球氣溫在過去幾十年持續(xù)升高,北極的升溫速率大約是全球平均升溫速率的2倍,即北極放大效應(yīng)(Arctic amplification)。有關(guān)北極放大及其驅(qū)動機制是目前極地氣候?qū)W的一個研究熱點和前沿,受到了學(xué)界廣泛關(guān)注。目前,學(xué)界對北極放大的認(rèn)知主要局限在過去幾十年其在季節(jié)、年際上的變化。北極放大在更長時間尺度上是如何變化的?其年代際或多年代際變化特征和驅(qū)動機制是什么?自然驅(qū)動和人為驅(qū)動的相對貢獻(xiàn)分別有多少?目前還缺乏相關(guān)認(rèn)知。 

過去千年是當(dāng)前氣候變化的背景,包含了氣候系統(tǒng)從月到百年的變化周期。因此,從科學(xué)意義上來看,過去千年是研究北極放大的理想時間段,不但有助于認(rèn)識當(dāng)前北極放大所處的歷史背景和地位,還將有助于理解該效應(yīng)的多年代際變化特征以及厘清在自然變率和人為影響下北極放大的驅(qū)動機制。 

中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、中科院青藏高原研究所、瑞典倫德大學(xué)、瑞典哥德堡大學(xué)等研究人員,借助能最優(yōu)融合記錄和模式的古氣候數(shù)據(jù)同化方法,通過同化北半球樹輪、冰芯、湖泊沉積物等氣候代用資料,重建了北半球、過去千年、逐年、2°空間分辨率的年均氣溫格網(wǎng)化數(shù)據(jù)。該重建數(shù)據(jù)和格網(wǎng)化觀測數(shù)據(jù)以及多條基于多源代用資料重建的北半球氣溫序列之間具有很好的時空一致性。以重建的過去千年北半球氣溫格網(wǎng)化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究人員進(jìn)一步重建了世界上首條過去千年北極放大指數(shù)序列。 

研究表明,不管是多模式模擬結(jié)果還是古氣候數(shù)據(jù)同化結(jié)果,北極放大指數(shù)在過去千年均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(p < 0.001)(圖1)。在千年尺度、多年代際變化上,北極放大和大西洋多年代際濤動(AMO)、溫室氣體(GHGs)之間具有顯著相關(guān)性(p < 0.001)且這兩個因子能解釋北極放大變化的大部分驅(qū)動來源(圖2)。北極放大變化和其他因子【如太平洋年代際濤動(PDO)、北大西洋濤動(NAO)、厄爾尼諾/南方濤動(ENSO)、北極海冰范圍、太陽活動、火山活動】之間在上述時間尺度上沒有顯著的相關(guān)性。工業(yè)時代前,北極放大的多年代際變化主要受AMO主導(dǎo);在工業(yè)時代,北極放大的多年代際變化受GHGs和AMO雙重主導(dǎo),且GHGs濃度升高會顯著弱化由AMO所調(diào)控的北極放大強度。此外,現(xiàn)有研究所指的北極放大效應(yīng),通常是指北極增溫幅度大于中低緯度地區(qū)。而該研究表明在小冰期(~1550-1850 AD)北極變冷的幅度明顯大于中低緯度變冷的幅度,北極放大效應(yīng)在人類強迫很弱甚至人類強迫幾乎可以忽略不記的時期依然表現(xiàn)得很明顯。 

該研究把當(dāng)前學(xué)界對北極放大效應(yīng)研究的視野從過去幾十年延伸到了過去千年,把對北極放大效應(yīng)研究的時間尺度從季節(jié)、年際擴展到了多年代際,并且從主要受自然因素影響和自然-人為雙重因素影響的角度出發(fā),闡明了北極放大在千年尺度、多年代際變化上的驅(qū)動機制。 

專題練習(xí)

2017年2月8日,格陵蘭島北端的氣溫升至0℃以上,引發(fā)世人關(guān)注。近30年來,北極地區(qū)不僅在變暖,而且變暖速度是全球平均速度的2倍,這種加速變暖現(xiàn)象被稱為“北極放大效應(yīng)”。據(jù)此完成1,2題。

1.“北極放大效應(yīng)”現(xiàn)象的形成機制是    (  )

A.受高氣壓帶控制,晴朗天氣多

B.極晝時間長,海水熱量收入多

C.海冰消融,海面的反射率下降

D.周邊國家的溫室氣體排放劇增

2.受“北極放大效應(yīng)”的影響,下列北極地區(qū)的現(xiàn)象中,首現(xiàn)日期推遲的是    (    )

A.苔原植物的花期    

B.北極鴨的北遷日期

C.入海河流的汛期    

D.沿海港口的封凍期

CD       1、根據(jù)題干信息“近30年來,北極地區(qū)的變暖速度是全球平均速度的2倍,這種加速變暖現(xiàn)象是北極放大效應(yīng)”,從中可以提取隱性信息:全球都在變暖,但北極地區(qū)變暖速度比其它地區(qū)速度要快,所以解題關(guān)鍵是”要和其它地區(qū)比較,或者是北極地區(qū)30年前后比較“?;氐竭x項中,北極地區(qū)并不全是受高氣壓帶控制,且北極地區(qū)受風(fēng)帶與氣壓帶控制不會是在短短的30年內(nèi)出現(xiàn)變化,同樣的氣壓帶或風(fēng)帶控制,不會出現(xiàn)30年前后不同的變暖速度,A不符合;極晝時間長,海水熱量收入多也不會導(dǎo)致30年前后的變暖速度不同,且緯度較低的一些海區(qū)其海水熱量收入要比北極地區(qū)收入還要高,B不符合;周邊國家的溫室氣體排放不會只往北極地區(qū)方向流動,且北極地區(qū)的風(fēng)帶為極地東風(fēng)帶,所以D也不符合;而由于全球氣候變暖,兩極地區(qū)海冰融化,北極海冰減少后,對太陽輻射的反射率下降,海水吸收的太陽輻射量會增加,會導(dǎo)致北極地區(qū)變暖加速,故C正確。2、“北極放大效應(yīng)”其實就是北極變暖的現(xiàn)象,區(qū)域變暖,平均氣溫上升,植物的花期就提前,不會推遲,A錯;變暖后冷的時間減少了,冷的程度降低了,北極鴨北遷返回原地的時間只能提前而不會推遲,B錯;變暖周邊陸地上的冰原或積雪融期提前、融速加快,入海河流的汛期也不會推遲,C錯;北極區(qū)域變暖了,平均寒冷期就會減少,所以沿海港口的封凍初始期只會往后推遲,解凍期提前,所以D正確,故本題選D。

18.閱讀圖文資料,完成下列要求。(16 分)
21年202月,美國遭遇破紀(jì)錄的極寒天氣,美國大陸地區(qū)超過73%的土地被雪覆蓋,至少有 20 個城市打破了歷史最低氣溫紀(jì)錄,這次北美降溫和極地渦旋有關(guān)。極地渦旋是指地球極地上空的氣旋,極地渦漩將溫度極低、密度較大的空氣,一直通向平流層,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(qū)。兩極和赤道之間的溫差越大,極地渦旋越強,越穩(wěn)定;而極地渦漩變?nèi)鯐r,會被暖氣團擠占,被擠往極地之外。近幾年來,極地渦旋多次被擠南下。

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(1)描述極地渦旋影響美國境內(nèi)大部分地區(qū)的過程。(6分)
【答案】赤道和極地之間的溫差變小,極地渦旋變?nèi)?2分);暖(亞熱帶)氣團北上,擠占極地渦旋的空間,使之向南移動(2分);美國東西部海拔高,中部低,冷空氣迅速向南擴展(2分)。
(2)極地渦旋南北極都有。比較南北極極地漩渦的穩(wěn)定性,并解釋其原因。(6分)
【答案】南極更穩(wěn)定(或北極更不穩(wěn)定)(2分)  南極大陸更冷,與赤道的溫差較大(2分);南極大陸附近海洋占比較大,性質(zhì)單一,干擾因素較少(2分),渦旋更強更穩(wěn)定。(或北極溫度較高,與赤道的溫差較?。?分);北極附近陸地占比較大,干擾因素較多(2分),渦流相對較弱且不穩(wěn)定)
(3)從極地渦漩穩(wěn)定性角度,分析近年來北半球的北歐、俄羅斯、加拿大、美國多次出現(xiàn)極寒天氣的成因。(4 分)
【答案】全球變暖越來越顯著,導(dǎo)致北極海冰融化(2分);冰層反射減弱,海水吸收了更多太陽輻射,海冰進(jìn)一步減少,進(jìn)而形成了惡性循環(huán),北極升溫幅度高于其它地區(qū)(2分),北極與赤道地區(qū)的溫差減小,極地渦漩變?nèi)跚腋环€(wěn)定,渦旋被暖氣團擠壓,冷空氣南下影響附近各國。綜合自中國氣象科學(xué)研究院、地球研究所、中學(xué)地理研究

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