寒潮的原因，找到了！

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NO.1785-北极南下

作者：斯文的樊学长

制图：孙绿 / 校稿：猫斯图 / 编辑：养乐多

2020年12月29日到2021年1月1日，中国出现影响全国大部分地方的寒潮天气，中国从北方开始经历了一波强劲的降温，到1月6日时，北京出现-19.6℃的低温，这是1966年以后的最低数字。

这温度，这风，感觉在催命

（参考：中国气象局）▼

冷冰冰的数字体现在日常生活上，就会变成冒冷气的鞋底，回家路上冻裂的生鸡蛋和粘手的铁栏杆。结合能把猪刮上天的风口，让人不觉产生这样的怀疑——说好的全球变暖呢？

欢迎来北极体验一下全球变暖▼

极端天气现象的成因很多，很难一概而论，众多条件还会互相影响，这就导致真实原因往往无法直观感受到，甚至与直觉完全相悖。就说今年的寒冬，其实恰恰部分源于全球变暖，是不是很反常识？

极地涡旋的作用

不知道还有多少人记得，前年冬天美国人也被冻坏了。2019年1月，整片五大湖区的平均气温降至-34℃至-40℃，芝加哥附近的气温甚至一度降至-46℃，从五大湖区到新英格兰无不受到这次超强寒潮的影响。

那一次是由于极地涡旋南移

让美国人民体验到了一把北极生活（下图向左滑动）▼

急冻模式下的五大湖（2019-1-27）

（图片：NASA）▼

那次寒潮造成了2000多个航班停飞，多处公路停运，为保证铁路运行安全铁轨旁边甚至生起了火。相较而言中国这一次的寒潮还不算特别过分的。

相当凶猛▼

天气现象的成因非常复杂，表面上我们很难将横跨整个地球、时间相距两年的两次大范围降温的成因联系在一起。但是理论上说，两次寒潮背后，都有冰盖融化导致极地冷涡南移的关键影响，甚至可以说二者不是孤立事件，都是上述气候变化的一个具体表现。

一般人很难想象地球是作为一个整体在运转

但事实就是如此

（图片：NASA / Kathryn Hansen）▼

在正常年份，北极的海冰面积在3月份时到达最大值16000000平方千米，9月份时经过一整个夏季的融化，到达最小值7000000平方千米。因为海冰的反照率远远大于海水，所以冬季时可以反射而不是吸收更多的太阳能，夏季则相反。数百万平方千米的冰盖与海水之间的切换，对全球气候都能起到影响，对北半球中高纬度的影响尤其明显。

夏季和冬季差异很大，这是一个巨大的调节系统

（参考：NOAA）▼

冰盖减少会造成大气环流的异常，重要表现包括向极温度梯度减弱（因为北极自己的气温上升了），大陆上空纬向西风减弱，西伯利亚高压增强等等，而后者对中国冬季气候来说至关重要。

1982-2007，北冰洋较厚冰层逐渐减少

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

此外，极地涡旋是影响气候的重要因素，它是大气高层的紧密旋转气流。漩涡可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。

它的形成源于地球高低纬度之间的气压差（也就受到温度差的影响）。北极与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。

这相当于是一个单中心的极地涡旋

如果分裂为多中心的涡旋，北美和东北亚就要小心了▼

其实极地涡旋南北极都有，但是南极大陆更冷，周边陆地更少，涡旋更强更稳定，目前还没有发生什么变化。而在陆地占比比较大的北半球，气流交换的干扰作用更加明显，所以北极极地涡旋的受干扰因素更多。

北极地区的周边状况显然比南极地区要复杂得多▼

一旦极地涡旋偏弱，留出的空间就会被较为温暖的气团北上占据，挤压极地涡旋原本的空间。受到挤压的极地涡旋影响范围就变得不再稳定、规则，北极气团就可能被“挤”到更靠南的地方。

严重时，极地涡旋本身也会发生分裂。正常情况下，北极涡旋会分裂为两个，分别分布在加拿大的巴芬岛和西伯利亚东北部，它们分别控制着西北半球和东北半球的高纬度气流，这种情况也还算稳定。

只是这两个还好

问题是，他们会不会继续南下▼

极地涡旋南下+拉尼娜现象助攻

不巧的是近三十年，全球变暖越来越显著，这导致海冰减少，反射减弱，吸收更多太阳热力，海冰进一步减少的恶性循环，所以出现了非常反常识的现象——北极升温幅度接近其他地区平均升温幅度的三倍。

北冰洋2018年3月的海冰范围

与1981-2010年同期比较

（参考：NOAA）▼

北冰洋2018年9月的海冰范围

与1981-2010年同期比较

显然，数十年来，冬季的海冰范围变化不大

但夏季北冰洋的海冰范围急剧缩小

（参考：NOAA）▼

北极比赤道暖化更快也就意味着两者之间的温差正在减弱，大气环流也因此受到影响。继而，它减弱了极地涡旋和西风急流，使西风急流较为波动，有利于北极冷空气南侵。

所以在过去四十年，极地涡旋的偏弱的趋势在逐渐明显，在近年来终于愈发明显地出现分裂。在最严重时分裂为杂乱无章的数个，并南下到北半球中高纬地区，这也就解释了为什么在2010年代，美国东北部的冬季变得更加严酷。

极涡南下，五大湖也能体验到北极的温度了

这和这几天北京的体验比较类似

（图片：NASA）▼

极涡盘旋着卷过美国东北部▼

2020年秋天，北极海冰出现了有观测以来第二少的情况，极地涡旋大大减弱，约束力更差，冷空气走向混乱的现象也就更明显了。

极地冷空气南下通常两个走向，欧亚或北美。今年，冷空气轮到了偏向欧亚地区，而欧亚大陆冬季温暖气候主要由北大西洋吹向大陆的暖湿气流维持，西风的减弱又导致南北向的气流运动缺少阻塞，有利于冷空气的南侵，这就是今年中国出现强寒潮的背景。

分裂为多极的极地涡旋（下图为2014年1月5日）

不同难分南侵的方向不同，今年是东北亚

（图片：NOAA）▼

除了极地涡旋减弱的大环境，发生于赤道中东太平洋的拉尼娜事件，对这个尤其寒冷的冬季也起到了推波助澜的作用。

拉尼娜现象源自东南信风吹走了太平洋东部被晒热了的表层海水，导致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和东部海洋表面温度的大尺度降温，并影响热带大气环流，进而影响风和降雨量。它对天气和气候的影响通常与厄尔尼诺现象相反，对中国来说，增加冷冬出现的概率。

厄尔尼诺对应中国的暖冬，拉尼娜则对应冷冬

但相比平均气温，突发的气温变化更引人关注

（图片：NASA）▼

2020年10月末，世界气象组织便宣告了一次中等到强级别的拉尼娜现象形成，这次的拉尼娜现象延续到了2021年，并在今年冬季迎来了峰值。这次拉尼娜现象对我国南方的影响较大，降低了持续性雨雪冰冻的可能性，但是也影响了副热带高压的位置和强度，导致南方难以阻挡冷空气的南下。

所以这次全国都很冷，零度以上的省份已经不多了

当然，北方则进入了北极模式

（图片：中国气象局 https://weather.cma.cn/）▼

可以说，北方极地涡旋减弱和南方拉尼娜现象盛期的两个因素互相影响，导致2021年开局全国范围的降温，也让大家都听到了家乡的风说的话：“我要你死。”

变暖导致的冷冬

冷和暖是一个相对主观的标准，今年各种因素综合影响下的寒潮让人萌生冬季变冷的怀疑。然而事实上，近年来其实一直是暖冬偏多，大众对冬季气温的预期已经变得很高了。

像这样的大雪，我小时候远比现在要多，也更冷

如今北京下雪仿佛就是意思意思糊弄人的

（图片：Fang Deng / shutterstock）▼

以这次降温中备受关注的北京为例，其实60、70年代时冬季普遍要更冷，一月零下十余度的天气并不少见，1966年还曾经达到过-27℃。《中国气候变化蓝皮书（2020）》也说明了这一趋势，上世纪八十年代以来，每一个十年都比上一个十年更暖，1961年到2019年之间我国的极低温事件其实是在不断减少的，这一次的寒潮显然也并不会改变这一历史进程。

其实这个冬季在12月初冷得也不明显，甚至有暖冬迹象。寒潮的次数其实也并不比往年显著多，但是有两次强度更大，而且接连发生，导致北京气温降至-10℃之后，又迅速降至-19℃。降温幅度大，时间短，加剧了人体的不适。

不过今年冬天的寒冷大概也不会持久，目前气象工作者的预测是，1月下旬就会转暖，到2月时，全国大部分地区会接近往年气温，甚至可能会偏高。

另外，室外温度和体感温度并不能等同，影响后者的因素还有很多，伴随降温而来的大风就是关键因素。

只要我吹得够猛，北极就追不上我▼