極地渦旋究竟是什麼?它如何影響天氣?

極地渦旋究竟是什麼?它如何影響天氣?

在2021年XNUMX月開始, 一場大暴風雪襲擊了美國東北部,有些地區的情況良好 兩英尺的雪。 就在幾週前,西班牙經歷了 一場歷史性的致命暴風雪危險的低溫。 西伯利亞北部對寒冷並不陌生,但在2021年XNUMX月中旬, 西伯利亞一些城市 報告的溫度低於零下70 F(零下56 C)。 媒體頭條暗示 極地渦旋已經到來,好像是某種龍捲風在任何打擊的地方造成了嚴重的破壞。

As 大氣的 科學家,當使用極地渦旋這個術語來泛指寒冷的天氣時,我們會感到畏縮。 實際上 極地渦旋 不能在後院放雪,但是極地渦旋的變化會給骰子增加寒冬天氣的負擔–今年,骰子滾動了Yahtzee。

極地渦旋究竟是什麼?它如何影響天氣?2021年初,極弱的渦旋形成了彎曲的急流,給美國東北部帶來了寒冷和冬季的風暴 美聯社照片/ John Minchillo

冬天的風

極地渦旋是一個巨大的三維風環,在每個半球的冬季都圍繞著北極和南極。 這些風位於地球表面上方約10至30英里(16至50公里)的大氣層中, 平流層。 它們從西向東吹動,持續的速度輕鬆超過100 mph(160 kph)。 在黑暗中 冬季極夜,極渦中的溫度很容易會低於負110 F(負79 C)。

對所有人來說幸運的是,平流層極地渦旋本身不會出現在您的前門外面。 極地渦旋確實會影響冬季天氣,但它更像是多米諾骨牌-當被撞倒時,它會引發一系列事件,這些事件後來會導致狂野天氣。

在冬季,極渦的強度可能會發生很大變化,並且這些變化可能會導致極渦的強度和位置發生變化。 急流,是在極地渦旋下對流層中快速流動的空氣河。 當噴射流改變時,它會影響天氣系統的運動,從而導致世界各地的天氣變暖或變冷,或變得更加潮濕或乾燥。

2021年初極地渦旋的破壞是戲劇性的。 Zachary Lawerence / CIRES / NOAA。

多米諾骨牌效應

由於地球的大氣層是像流體一樣運動的巨大的空氣殼,因此極地渦旋與在低海拔地區繞地球運動的天氣相互聯繫。 射流和天氣的正常變化會干擾平流層中渦旋的結構。 像橡皮筋一樣,渦流通常會反彈回其正常形狀和大小,從而保持強風和低溫。

極地渦旋究竟是什麼?它如何影響天氣?在XNUMX月(左)和XNUMX月(右)之間,極地渦旋完全移離了北極,失去了大部分結構完整性。 扎卡里·勞倫斯/ CIRES / NOAA

但是有時,這些天氣和射流的變化會破壞極地渦旋的平衡,導致其形狀,位置,溫度和風的明顯擺動。 當這種情況發生時,極渦的結構完整性開始破裂。 如果這種情況在一段時間內發生得足夠頻繁,則隨著風的爆發和渦流的升溫,所有事物都可能與極地渦流混為一談。

極地渦旋究竟是什麼?它如何影響天氣? 隨著極渦在XNUMX月至XNUMX月之間變形,噴射流變得更加起伏,並向更南端帶來了冷風暴。 扎卡里·勞倫斯/ CIRES / NOAA

這恰好是今年發生的事情:5月XNUMX日,一次極地渦流被一場名為a的事件徹底拋棄了。 平流層突然變暖. 平流層突然變暖 是這些劇烈擾動的技術名稱,這些擾動會嚴重扭曲和削弱渦流,將渦流從極點撞開,甚至將其撕裂。 發生這種情況時,正常寒冷的極地平流層中的溫度會在幾天的時間內爆炸性地升高多達90 F(50 C)–因此便是這些事件的名稱。

在這一點上,多米諾骨牌已經傾倒了:最終,噴射流感覺到上方弱極渦的影響,並且它可以開始起伏。 當噴氣流起伏時,它會向南傾斜,帶來冷空氣和冬季風暴。

2021年XNUMX月的事件將極地渦旋從北極上空的正常位置一直延伸到了歐洲和西伯利亞,在此過程中幾乎將其拉開了多次。 極地渦旋可能需要數週或數月的時間才能從這種狀態恢復。 當渦流重新融合在一起時,起伏彎曲的噴射流可以將寒冷的北極空氣和冬季風暴帶到美國和歐洲,同時讓異常溫暖的天氣進入遙遠的北部。

強烈的極地渦旋意味著天氣變暖而不是變冷

在某些冬季,天氣系統幾乎完全不會影響極地渦旋,從而使渦旋隨著風速的增加而變得更冷。 這會對射流產生相反的影響,使射流將來自極地的北極冷空氣保持在北邊。 這就是2020年北半球冬季發生的事情,當時 極地渦旋異常強烈 和許多地區 經歷了異常溫暖和溫和的冬天.

將任何冷空氣稱為極性渦旋是錯誤的。 極地渦旋的行為不僅預示著更冷的天氣,而且還預示著更溫暖的天氣。 在大多數情況下,極渦對水面的影響很小,因為它像正常情況一樣在地面上方數英里處流動。 但是,通過預測和監視對極地渦旋的巨大擾動,我們可以預測可能會在您家門口留下積雪和嚴寒天氣的一系列事件。

關於作者

扎卡里·勞倫斯(Zachary Lawrence),研究科學家, 科羅拉多大學博爾德分校 和化學和氣候過程研究科學家艾米·巴特勒(Amy Butler), 國家海洋和大氣管理局

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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