北极“极端高温”引发倒春寒？

　　20号开始，杭州连续阴雨

　　日最高温更是来到10℃以下

　　不少杭州人重新找出棉衣、秋裤

　　这期间，杭州天气还创造了新的记录。3月20日开始杭州出现持续阴雨，3月22日杭城日雨量达到了65.3毫米，2000年以来杭城3月下旬首次出现暴雨天气。

　　同此时全国多数地区一样，杭州人目前经历的就是一场“倒春寒”。倒春寒，一般指初春时节气温回升较快，而在春季后期3月末、4月初出现气温偏低的天气现象。阴雨天气或频繁的冷空气侵袭，这种天气现象被称作“倒春寒”。倒春寒来袭，可使气温猛降至10℃以下，甚至雨雪天气，让人倍觉“春寒料峭”。

　　南极北极同时异常“高温”

　　在3月的中旬，一股暖气团大举攻入了南极大陆与北冰洋地区，因此造成了两地十分罕见的强烈升温现象——南北两极几乎同一时间发生的强烈升温。

　　数据显示，3月17-18日南北半球西风带同时出现剧烈振荡，暖气团大量进入北冰洋和南极大陆，令部分地区在两天内升温30-40℃，打破了三月记录。譬如南极东方站从-55℃升到-17℃，康科迪亚站逼近-10℃。

　　此次出现的“极端高温”与我们传统意义上的高温不同。因为此文所指的极端高温是对比往年，加升温与距平意义上的高温，而不是说那里已经多么的炎热。通过实测数据很容易看到，在北极地区，最高温度已经超过了0度，而南极地区，最高时约零下10度左右。

　　此次南北两极的升温幅度之高，范围之大，偏高之烈，都是人类可观测有记录以来的首次，可以说是今年初就最先开始的全球极端天气现象。

　　此次两极气候问题，是由于西风带剧烈震荡，阻塞高压异常突入到两地所引发的结果。要知道在南北半球是常年存在有西风带的，如果西风带处于平直的状态，那天气看起来十分的平静，如果西风带出现剧烈震荡抖动后，那天气也会随之变得激烈。

　　我们都知道，南半球的海洋面积是更大的，所以那里的西风带往年都会更为稳定、平直，可以说今年初出现的剧烈波动，是之前从未出现过的异常现象。

　　并且巧合的是今年南北半球的西风带同时出现了剧烈的震荡，据研究人员透露，这或许与大气、海洋的变暖导致极地区域出现的放大效应相关。

　　全球气温与海洋温度的上升并非是均匀的，在一些高纬度地区，尤其是南北两极，一直就是增暖的重要区域。而此次南北两极的异常现象，西风带剧烈震荡则是主要原因之一。

　　冷空气快速南下带来倒春寒

　　正是因为此次气候事件，位于北极和西伯利亚的冷空气受到了排挤，从而快速南下，于是我国中东部地区随之出现了大范围的降温和雨雪等天气，所谓的倒春寒今年尤为明显。

　　但这还不算是最严重的影响，因为南极的影响更为明显，此次异常高温现象虽然不至于造成冰川融化等严重问题，但对于冰川造成的形态结构性影响却或许是无法避免的。

　　要知道极端天气，正是极端大气环流形式所造成的结果，这种能量并不会随着降温而随之消失，它们会继续在大气层中传导，也就是说，受它的影响，在地球上其它地区依然还是会出现异常气候，这种异常变化会随着它的释放，直至完全消耗殆尽才会终止。

　　回顾往年，南半球的气候相对安稳，但是今年来南半球的异常天气却是从未间断，像是巴西出现的猛烈强对流，阿根廷突然爆发高温，澳大利亚极端降雨等等，此类异常现象或许正是南极地区“极端高温”的预兆，只是无奈的是，南极的“极端高温”也并非是终结，后续不知道哪里依然还是会出现异常现象。

　　在南极，东南极洲威尔克斯地一侧出现异常增暖。康科迪亚站在3月18日录得-11.5℃的最高气温（整点最高为-12.2℃），刷新该科考站3月最高纪录，比当地3月每日平均最高气温高出35℃以上。

　　而在3月14-16日，北极点附近也录得了接近0℃的异常偏高温度。

　　这次极端高温是怎么形成的？它究竟代表着天气气候怎样的异常？。

　　“南北两极同现异常高温”，具体范围有多大呢？

　　从3月中旬气温分析实录看，南极增温的区域主要在东南极洲东部威尔克斯地、维多利亚地等地，占据了南极洲约1/5的面积，而北极地区则是北极点附近的北冰洋洋盆区、格陵兰岛大部和巴伦支海-新地岛一侧。

　　可以看到这两地的增温影响很大，但也不是整个极地区域。

　　2022年3月18日南极地区温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位：℃）| climatereanalyzer.org

　　2022年3月15日北极地区温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位：℃）| climatereanalyzer.org

　　“异常高温”是指气温比当地多年平均同期显著偏高。

　　比如这次南极极端高温过程里，康科迪亚站最高气温录得-11.5℃，远超出当地3月平均最高温度（-48.7℃），也刷新了当地3月高温极值纪录。

　　而北极点附近北冰洋没有固定测站，但根据卫星反演等资料推断，3月16日北极点温度也一度接近0℃，高出了同期平均约30℃。

　　康科迪亚站3月16日到18日的气温纪录（第三列即为气温，单位℃）

　　而“同现”只能说是个巧合，因为时间上实际差了3-5天，而且分别是两极互相独立的、不同的天气系统所致，并非有关联。

　　此外，这些异常高温并不是持续存在，更不是彻底大幅改变了气候状态，而只是短期过程。事实上在本月初，南极大部仍然是偏冷状态；而最近几日，康科迪亚站和北极点都已经明显降温，甚至已接近恢复到历史同期水平。

　　2022年3月1日南极地区温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位：℃），显示出总体偏低0.6℃ | climatereanalyzer.org

　　综上分析，此次南北极的升温事件，异常幅度极大，持续时间只有数日，影响范围大约是数百万平方千米——符合这些条件的，正是极端天气系统。

　　造成南北极异常高温的极端天气系统，恰好是两个“相反”的系统。

　　影响南极的是一个强烈暖性反气旋（阻塞高压），影响北极的是一个强烈的气旋（低压）。

　　有趣的是，由于两个半球科氏力（地转偏向力）相反，这两个系统反而都是逆时针旋转。

　　冰穹燠暖：南极暖高压的记录

　　从2022年3月18日的500hPa对流层中层（约5200-5600米高度）的天气图可以看到，造成东南极洲众多地区极端偏暖的天气系统是一个强烈暖高压——它中心的气压明显偏高，且伴随有显著的暖气团中心，这类孤立深入高纬度地区的暖高压也被称作阻塞高压。

　　在它的控制下，南极内陆冰穹出现了异常的晴朗温暖天气；同时阻塞高压西侧的强烈偏北风将中低纬度的暖气团泼洒向冰原，也促进了这一急剧的升温（与湿度的升高）。

　　3月18日南极地区对流层低层（850hPa）温度异常与对流层中层（500hPa）高度场异常分析，两张图的橙色圈均圈出了造成本次极端偏暖的阻塞高压。

　　3月18日南极地区850hPa高度温度图，绿圈处即康科迪亚站。可以看到有显著的偏北风携带暖气团深入南极内陆 | earth.nullschool.net

　　3月18日南极地区对流层中层（500hPa）风场，橙色圈即阻塞高压 | earth.nullschool.net

　　这种极端阻塞高压是如何形成的呢？

　　阻塞高压本质上是中高纬度西风带里的一种波动。在北半球，这样的天气系统并不少见——它可以通过海陆热力差异和陆地地形作用激发形成。但南半球中纬度绝大部分区域被海洋占据，稳定的热力差异和地形作用很难存在。

　　因此，南半球出现阻塞高压，必须要有极强的短期瞬变扰动异常，作为热力与动力源来激发才行。

　　通过波作用通量，可以追溯西风带的波动。从下图可以看出，这个阻塞高压是由中纬度南印度洋的扰动向东南方传播发展而来；而这个扰动曾路过莫桑比克海峡南侧附近，当地显著的对流活动释放的水汽凝结热量（潜热）更是为扰动发展提供了重要热源。

　　3月15日全球向外辐射长波异常（填色，反应对流活动异常）和200hPa波作用通量（彩色箭头）分析图。可以看到，从莫桑比克海峡对流活跃区（红色）激发的波列（黑色箭头）向东南传播到了东南极洲，形成本次的阻塞高压（橙色） | 日本气象厅

　　由于这类瞬变扰动持续时间很短，很容易被随后发展的扰动更替，这个阻塞高压也在3月20日起逐渐减弱，飘散在沉睡了千万年的冰原，南极各地的气温也随即下降。

　　但它或许在无瑕冰原即将沉入长夜之际，唤醒了曾经的夏日光华，也警醒着我们极端天气事件已愈发频繁。

　　黎明长啸—北极气旋的漫卷

　　和南极直接的暖高压控制不同，北极这次异常升温靠的是一次强气旋的呼啸。

　　随着它深入极地，气旋东南侧和润辽阔的东南风也磅礴北上，为这片即将从极夜苏醒的海洋送来最早的春暖。

　　3月18日北极地区表面气温，可以看到北极点附近已升高至接近0℃ | earth.nullschool.net

　　为什么这次气旋能如此强盛且深入极地？

　　追溯这个气旋的发展史，可以看到它其实出自北美东海岸一个快速发展的锋区。冷暖交织间的斜压能，以及海洋里湾流提供的巨大热量，让这个气旋急剧发展，中心气压一度下降到930hPa——这在中高纬度锋面气旋里算是极强了。

　　北京时间3月14日早晨的北大西洋地面天气图，可以看到图片上侧、位于格陵兰岛西南方的本次主角，此时它的中心最低气压下降至930hPa | 美国海洋与大气管理局（NOAA）谭老师地理工作室综合整理

　　而它的特殊路径也和周边的喧嚣相关——在它的西北侧，也就是加拿大北极群岛也有气旋活动。在气旋间的互旋效应下，它一路向东北方向远征，成为北冥破晓之际的“春风”。

　　北美地区3月15日地面天气图，可以看到上方的三个气旋一字排开，最右侧即本次造成北极短期强烈升温的强气旋。

　　这次气旋的急剧发展在欧亚大陆也有了回声——它激发的波列让西伯利亚冷空气重新活跃。先前数日北京曾盛放片刻的春雪，便飞舞着天涯之外的长风回音。

　　本次极地极端偏暖事件，并不是长期持续的气候状态，更不是彻底的新气候状态建立。但是，19世纪后半叶以来、人类活动为主导的气候变化，也是站在这次异常温暖背后的魅影。

　　在过去一百多年里，全球表面平均气温出现了显著升高的趋势。而不同区域温度升高幅度明显不同，其中最剧烈的正是北极圈以内地区，以及南极沿海部分区域（如南极半岛），高出了全球平均3-5倍甚至更多。

　　这一如同被放大镜聚焦的现象称作“极地放大效应”，也让南北极成为面临气候变化挑战的最前沿与最脆弱地区。

　　1880-2020年间，地球表面气温在不同纬度（纵坐标）和年代（横坐标）的距平（基准值为1951-1980年平均） | NASA

　　关于极地放大效应的成因，解释众多，而目前最为广泛认可的，是显著的反照率反馈主导所致。

　　在气温升高的情况下，极地海冰和陆地冰川积雪融化加剧，而裸露出的海表或陆地表面较冰雪偏暗，反射太阳光的能力（反照率）下降，从而吸收更多太阳辐射并促进气温进一步升高，造成恶性循环式的正反馈。

　　此外，北极增温还会影响到云和气溶胶的量，也会进一步影响到北极气温。

　　关于北极放大效应的物理机制解释 | EOS

　　而气候变化不仅仅是平均状态的改变，还代表着更极端天气事件频率的显著升高。

　　前面提及的西风急流，正是由极地和中低纬度间的冷暖差异所驱动。但由于气候变化和极地放大效应，这一差异有所缩小，西风急流的“天堑”有所松动，导致极地和外界的南北向热量交换更容易发生，也会促进极地更频繁地出现更极端的增暖事件。

　　在平均态（左侧），和北极增暖、极地涡旋减弱的状态下（右侧），西风急流的不同表现，可以看到北极进一步增暖会导致西风减弱和南北侧冷暖气团更显著的交换，造成极端冷暖事件增多 | NOAA

　　“南北两极同现异常高温”，正是一个令人不安的缩影。而这些事件也会有不绝的回音——或许是短期极端过程通过遥相关造成另一片天涯的极端天气，或许是极地气候变化进一步造成全球的气候影响。

　　研究南极冰芯和气候的Peter Neff担忧，如果这样的异常增温事件发生在南极的仲夏季节，有可能发生几天之内融化南极冰川的大事件，或许会对全球带来长达数十年甚至好几个世纪的影响。

　　这样的“黑天鹅事件”，之前认为不可能发生，但现在看来，或许不得不认真考虑一下了。

　　极地涡旋

　　在地球南北极高空有个大型的环流叫作极地涡旋，在冬半年的时候气温最低，也是极地涡旋最强的时候。

　　大部分时候极地涡旋都在正常转圈，一旦正常的环流被扰动，涡旋就会偏离极地向南移动，所到之处寒潮增多增强。

　　很多影响中国的寒潮和极地涡旋南移有关，极地涡旋也是造成北美洲寒潮的主因。

　　面对寒潮这种终极大boss，中国还有秦岭、南岭这些山脉能比划两下子。

　　但对于南北通透的北美洲，寒潮长驱直入墨西哥湾如入无人之境。

　　2019年，极地涡旋带来的寒潮让美国芝加哥的温度能和南极洲一较高下，连热带国家墨西哥都下起了冻雨。

　　北 极 涛 动

　　北极涛动，指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。       

　　北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。

　　中国国家气候中心专家认为，美国东部和中国东北、华北地区均处于大洋西岸。冬季气团主要从西北向东南穿越北美洲和亚洲。极地气团南下到大陆上空，当气团经过海面时，温度极低的空气与相对温暖的水面接触，气团下部温度升高，水汽进入气团。寒冷、密度较大的冷气团下沉，使暖空气上升，温度降低，水汽凝结，空气不太稳定，云层不断加厚，产生降水。由于下层空气温度很低，当冷空气逐渐向前推移，上升气流减弱，云中水汽直接在冰晶上凝结成较大的形态，由此，水汽以雪的形式降落下来。

　　同时，中国国家气候中心专家认为，相比北美和亚洲的寒潮暴雪天气不同，欧洲的暴风雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其对整个欧洲特别是北欧、西欧的影响很大，这股海洋暖流使得其上面的空气保持暖湿状态。欧洲处于高空冷涡的控制下，来自大西洋的西南暖湿气流进入高空冷涡后上升凝结产生降雪。由于高空冷涡上升运动强，极地冷空气南下与当地强盛的暖湿气流大范围汇合会导致大范围降雪。