2月16日,人們頭頂上的10公里到50公里的空間里正在發(fā)生奇妙的變化,極地上空的溫度正在急劇升高50°C左右,平流層極地渦旋即人們熟知的冷空氣背后的王者正在瓦解,由西向東循環(huán)的極夜急流減弱,平均風轉向為東,這就是平流層突然變暖事件,是地球上最令人著迷的天氣事件之一。監(jiān)測表明平均風向從偏西轉為偏東,極渦在減弱的強大阿留申高壓的幫助下從斯堪地納維亞上空的極區(qū)發(fā)生轉移,北極平流層的溫度已上升至1°C,由負轉正。一般而言,當極渦位于極地時,冷空氣被鎖定,中緯度地區(qū)較為溫暖,極渦離開極地,寒冷就會降臨到亞洲、歐洲北美洲那些人口密集的區(qū)域。 極渦移動往往需要多種天氣條件配合,而平流層突然變暖事件則是游戲突然改變者。導致平流層突然變暖的原因可能是羅斯貝波,一種大氣中的一種非常緩慢的、大尺度的波動,就像海浪在海灘上撞擊一樣,羅斯貝波也會在水平和垂直方向上撞擊,在地形和海陸溫度差異時波發(fā)生破裂,其垂直撞擊平流層并猛烈撞擊極地渦旋時,它會傳遞大量能量迅速使平流層變暖并使極地渦旋分裂或移位。在最近的極渦的垂直 3D 結構中也可以看出這一點,屬于平流層的上部和中部極地渦旋的完全崩潰,而由于直接影響局限于平流層的上層和中層,因此在極低層即靠近對流層的極渦相對好的保持了形狀。 極地渦旋每年8 月的最后一周在平流層的極區(qū)上方形成,那里也是是臭氧層的所在地,每年9 月開始加強,通常在新年前后左右達到最大強度,并在 4 月消散,而在夏季,平流層充滿了東風。在極夜的黑暗中,由于輻射冷卻,渦旋中心的溫度降至 -90°C以下,兩極變得比熱帶冷得多,導致強烈的經向溫度梯度,這在平流層中變得最強,垂直風切變(風速隨高度的變化)與溫度梯度處于平衡狀態(tài),形成強烈的急流,即極夜急流,西風氣流速度可達100m/s以上,芬蘭的氣象氣球曾經在30公里高度測量到在 30 公里高度的風速高達 130 米/秒。北半球夏季時,它同樣會在南極洲上空形成。 極夜急流和它所環(huán)繞的冷空氣共同形成氣旋性平流層極地渦旋。 急流的風速是衡量極地渦旋強度的主要標準,即北緯60°N 在 10 hPa(36公里) 高度上的繞緯度帶的平均風速,當極渦強大時,其周圍的西風可達每秒幾十米秒(如下圖),一旦極渦解體,西風就便會變成負值改吹東風。極渦解體可大致分為兩種情況, 極地渦旋從極地轉移到另外一邊或者一分為二,研究顯示,極渦位移比極渦分裂對微觀天氣所造成的影響要小,周期也更長,一般而言當格陵蘭島和極地地區(qū)上空形成高壓時,北大西洋濤動 (NAO) 和北極濤動 (AO) 會轉負值,不過目前氣象數(shù)值對本次平流層增溫對最直接接觸我們的對流層的影響反應還不是那么明確,部分數(shù)值預認極地渦旋將在未來 10 天內將首先向歐洲移動,然后向東移動。 對于中國而言,除了東北將在周初以及下旬迎來一次冷空氣過程之外,未來10天全國大多數(shù)地方都將出現(xiàn)較為溫暖天氣,2月底東北還可能出現(xiàn)“高溫”天氣。不過平流層到對流層的傳遞過程取決于速度和具體極渦具體的形態(tài),最長需要2個月左右,所以在3月人們也可能看見天氣上的滯后反應,長期預測顯示,中國中東部將在2月中旬到3月初出現(xiàn)一次溫度偏低過程,之后大部分地區(qū)將迎來一個溫暖的初春,而在3月下旬,早期的雨帶將在長江流域建立。 平均而言每隔一個冬季就會發(fā)生一次平流層增溫,上一次出現(xiàn)這種現(xiàn)象是在 2021 年 1 月,導致中緯度地區(qū)包括中國迎來了嚴寒天氣(最近的其他三次分別2019 年 1 月、2018 年 2 月、2013 年 1 月)那么經歷重創(chuàng)的極渦能否恢復還是為其冬季的活動畫上休止符?歷史上最晚完成絕殺的平流層變暖變暖為 2016 年 3 月 5 日,目前而言,其氣象模型認為極渦似乎還有一些重整旗鼓的機會。 而更有意思的是平流層增溫帶來的一些尺度更大的間接影響,目前恰逢熱帶大氣季節(jié)內振蕩活躍期,研究顯示,當年增溫過程發(fā)生在此期間時,北大西洋濤動將會變?yōu)樨撓辔?,大西洋急流和風暴路徑趨向東北方向,北歐和歐亞大陸變得寒冷干燥,而南歐和西歐可能會經歷暴雨和風暴,比如 2018 年的 平流層增溫事件之后,伊比利亞半島的降雨量大幅增加,導致此前長期持續(xù)的伊比利亞干旱突然結束而。在美國,則代表更強的冷空氣爆發(fā)和暴風雨,而中國學者的研究表明,大西洋濤動負相位時期可能導致中國西南地區(qū)冬季降水偏多。 |
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