2017期間極端天氣事件造成的破壞加劇了 有史以來最大的美國賬單 大多數這些事件都涉及與全球變暖直覺相關的條件：熱量記錄，乾旱，野火，沿海洪水，颶風破壞和強降雨。
然而，自相矛盾的是，氣候變化與北美東部最近一連串的寒冷週之間可能存在聯繫。 氣候變化研究中一個非常新的和“熱門話題”的觀點是，北極的快速變暖和大規模融化可能在導致持續寒冷的過程中發揮作用。
假設失敗並不需要一點想像力 只有30年，北極海冰覆蓋的一半 可能會對天氣造成嚴重破壞，但究竟目前還不清楚。 作為一名研究大氣科學家，我 研究 如何 北極變暖正在影響全球的溫度地區。 我們可以說全球變暖驅動的北極變化在北美經歷的奇特的冬季天氣中起了作用嗎？
異常溫度的“偶極子”
2017期間幾乎不斷出現奇怪且破壞性的天氣，2018似乎遵循相同的腳本。 大多數美國東部人 在2017結束時顫抖著 進入新的一年，而西方人則渴望下雨來抑制炎熱的土壤並撲滅野火。 暴雪一直困擾著東部沿海地區 - 特別是1月4，2018的“炸彈旋風”風暴 - 而加利福尼亞的內華達山脈幾乎沒有積雪。
對比研究：阿拉斯加和太平洋附近的變暖是天氣模式的“成分”，來自北極的冷空氣深入北美。 美國宇航局地球觀測站, CC BY
這個故事正在成為一個熟悉的故事，因為過去五個冬季中有四個類似的情況已經發生。 華盛頓特區的一些政客， 包括特朗普總統，用不尋常的寒冷來質疑全球變暖。 但如果他們看一下大局，他們就會發現東部寒流在整個北半球都是一個相對僥倖，而且大多數地區比正常情況更溫暖。
溫暖乾燥的北美西部與寒冷的白雪皚皚的東部相結合併不罕見，但近年來這種模式的普遍存在和持久性引起了氣候研究人員的興趣。
噴流 - 一條環繞北半球的快速上層風河 - 起著至關重要的作用。 當急流在大波浪中向南和向南猛撲時，可能會導致極端條件。 在過去的幾個星期裡，向北大擺動，形成了所謂的持續大氣壓力的“脊”，在西海岸持續存在，並在東部上空向南傾斜或“低谷”。
新術語被用來描述這些頑固的特徵： “北美冬季溫度偶極子” “Ridiculously Resilient Ridge” 在西方，和 “非常頑強的低谷” 在東方。
雖然美國東部在最近的寒流中遭受了非常寒冷的氣溫，但北半球大部分地區的氣溫高於平均水平。 NOAA, CC BY
無論它被稱為什麼，這種偶極模式 - 西部大部分地區異常高溫以及東部的寒冷天氣 - 在過去五個冬季中有四個在北美天氣中占主導地位。 1月2017是一個明顯的例外，當一個強大的厄爾尼諾現象翻轉了山脊槽模式，在加利福尼亞傾倒破紀錄的降雨和積雪，而東部則享受了溫和的月份。
偶極溫度模式中另外兩個重要特徵是顯著的：阿拉斯加附近的北極溫度極高，東太平洋溫暖的海洋溫度。 一些 新研究 指出這些“成分”是近年來持續偶極子的關鍵。
一個巴掌拍不響
變暖 - 特別是北極變暖的海洋和空氣溫度 - 在這個溫暖的西部/涼爽的東部天氣模式中發揮了什麼作用？ 解釋是這樣的。
由於厄爾尼諾/拉尼娜和厄爾尼諾現像等短暫現象，太平洋氣溫自然波動 更長，數十年的長度模式。 科學家早已認識到這一點 這些變化會影響天氣模式 橫跨北美及其他地區。
當持續的大氣壓區域停留在美國西部時，來自北極的空氣湧入美國，造成溫暖乾燥的西部和寒冷的東部之間的分裂。 Mesocyclone2014和David Swain, CC BY-SA
這個故事的新變化是，北極地區的變暖速度至少是全球其他地區的兩倍，這意味著北極地區與南部地區之間的溫度差異一直在縮小。 這很重要，因為北/南溫差是噴流的主要驅動因素之一。 噴射流產生了高壓和低壓系統，這些系統決定了我們的藍天和暴風雨，同時也引導它們。 任何影響噴射流的因素也會影響我們的天氣。
當北美西海岸的海洋溫度比正常溫度更高時，因為它們自冬季2013以來一直是大部分時間，噴射流往往會形成沿西海岸的高壓脊，導致風暴被轉移離開加利福尼亞州和西部的大部分地區都高度乾燥。
如果這些溫暖的海洋溫度與阿拉斯加附近的異常溫暖條件相結合，來自北極的額外熱量可以加強山脊，使其向北進一步，變得更加持久，並將更多的熱量輸送到阿拉斯加附近的地區。 近年來，由於海冰減少，阿拉斯加經歷了創紀錄的溫暖時期。
我和我的同事稱這種自然和氣候變化相關的影響相結合“一個巴掌拍不響，“這個概念可能有助於解釋自2013以來經常觀察到的可笑的彈性脊。 幾個 新 研究 但是，支持這種由人類引起的自然模式的提升 爭議仍然存在 關於連接快速北極變暖的機制 中緯度地區南部的天氣模式.
未來更加極端的天氣？
為了響應強化的西部大氣壓力，噴流的風通常也會在下游形成更深，更強的槽。 深槽就像一扇敞開的冰箱門，讓寒冷的北極空氣向南傾瀉，給處理不好的地區帶來痛苦。 德克薩斯州的暴風雪，格魯吉亞的冰暴和佛羅里達州的寒冷雪鳥都可歸咎於12月2017和1月2018的極其頑強的低谷。
當蛋糕的西南風沿著大西洋海岸排成一線時，所謂的“挪威人”，即1月4上發生的“炸彈旋風”，即沿著東海岸形成的傾向。 由此產生的寒冷土地與灣流溫暖海洋之間的強烈對比為這些兇猛的風暴提供了燃料。
最大的問題是氣候變化是否會產生偶極子模式 - 以及隨之而來的產生極端天氣的趨勢 - 在未來更為常見。 答案是肯定的，不是。
人們普遍預計全球變暖將產生較少的低溫記錄，這種趨勢已經被觀察到。 但冷酷的法術也會變得更加持久 偶極子模式加劇，也是一種傾向 似乎正在發生.
很難確定這種天氣模式 - 北美整體溫暖的冬季還是更長的寒冷天氣 - 是否會持續存在。 了解自然影響與人為變化之間這些複雜相互作用背後的機制具有挑戰性。
然而，隨著創造性的新指標的發展，研究正在迅速發展。 我們展望未來的最佳工具是複雜的計算機程序，但它們也難以模擬氣候系統的這些複雜行為。 鑑於預測極端天氣及其對我們生活的許多方面的影響的重要性，研究人員必須繼續解開氣候變化與天氣之間的聯繫，以幫助我們為大自然母親正在進行的發脾氣做準備。
關於作者
Jennifer Francis，研究教授， Πανεπιστήμιο Rutgers
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