陳可鑫

今年第一波寒潮的后勁剛過(guò)，第二波寒潮又來(lái)了。寒潮，是指大規(guī)模強(qiáng)冷空氣的南下活動(dòng)過(guò)程。根據(jù)我國(guó)《冷空氣等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，某地冷空氣過(guò)境后，氣溫在24小時(shí)內(nèi)下降8℃或48小時(shí)內(nèi)下降10℃，并且日最低氣溫在4℃以下，才可稱為一次寒潮過(guò)程。為什么會(huì)有寒潮？不是說(shuō)全球在變暖嗎，為啥還寒潮頻發(fā)？這些問(wèn)題，我們來(lái)一一回答。

寒潮起源于哪里？

一切的根源都得從太陽(yáng)輻射講起。由于地球是個(gè)球體，不同緯度接收到的太陽(yáng)輻射能量是不同的：赤道多、兩極少，所以赤道溫度高，而地處高緯的北極地區(qū)溫度低。特別是冬季，太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南半球，北極地區(qū)出現(xiàn)極夜現(xiàn)象，氣溫一般低于-20℃，所以在北極地區(qū)的上空聚集了大量的冷空氣。

北極的冷空氣能否南下入侵中低緯度地區(qū)，則與中緯度地區(qū)上空的西風(fēng)帶有關(guān)。西風(fēng)帶的形成可以簡(jiǎn)單敘述為：赤道地區(qū)暖空氣上升，在高空向兩極運(yùn)動(dòng)，由于受到地球自西向東自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響，暖空氣在向北運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中同時(shí)向東偏轉(zhuǎn)，最終在中緯度地區(qū)的高空轉(zhuǎn)向形成自西向東傳播的西風(fēng)帶。

強(qiáng)大的西風(fēng)帶中自西向東的緯向氣流，就像一根緊繃的“皮筋兒”，圈住了北極地區(qū)的冷空氣，不讓它們輕易離開極區(qū)。但如果西風(fēng)帶強(qiáng)度減弱，原本拉緊的“皮筋兒”變得松弛，就容易產(chǎn)生波動(dòng)，形成南北移動(dòng)的經(jīng)向氣流，此時(shí)冷空氣就可以順勢(shì)向南入侵。

北極地區(qū)主要是被歐亞大陸和北美大陸圍繞著的北冰洋。由于陸地降溫比水體更快，冬季時(shí)歐亞大陸的氣溫更是急劇下降。來(lái)自北冰洋洋面上的冷空氣在南下過(guò)程中，常常會(huì)經(jīng)過(guò)我國(guó)北部的西伯利亞中部地區(qū)，并在那里聚集加強(qiáng)——這個(gè)地區(qū)被稱為“寒潮關(guān)鍵區(qū)”（70°～90°E，43°～65°N）。當(dāng)冷空氣“醞釀”至一定強(qiáng)度后，在有利的大氣形勢(shì)下，便一舉南下，大肆入侵我國(guó)。

每一次冷空氣過(guò)后，寒潮關(guān)鍵區(qū)的冷空氣庫(kù)存就減少一部分，從而開始醞釀新的冷空氣，等待下一次爆發(fā)時(shí)刻的到來(lái)。

寒潮如何南下？

從上面的敘述中，我們可以知道，寒潮來(lái)不來(lái)，一看冷空氣，二看西風(fēng)帶。那西風(fēng)帶上都要看些什么呢？有經(jīng)驗(yàn)的預(yù)報(bào)員告訴你：“看槽脊波動(dòng)?！?/p>

西風(fēng)帶原本是條近乎平直的穩(wěn)定東行的緯向氣流，當(dāng)氣流發(fā)生波動(dòng)時(shí)，我們把向南凹的部分稱為“槽”，向北凸的部分稱作“脊”。西風(fēng)帶上“槽”的形成與冷空氣的向南移動(dòng)有關(guān)，而“脊”的形成往往意味著中緯度地區(qū)有暖空氣向北發(fā)展。當(dāng)“脊”不斷向北發(fā)展，其南部與南方暖空氣的聯(lián)系被中高緯度冷空氣截?cái)嗪?，將?huì)形成一個(gè)閉合的暖中心，稱為“阻塞高壓”。

這種阻塞高壓穩(wěn)定少動(dòng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，它破壞了西風(fēng)帶環(huán)流，有利于波動(dòng)的形成和發(fā)展，即南北向氣流的發(fā)展，從而給冷空氣的南下打開了“通道”。在亞洲地區(qū)，阻塞高壓常常出現(xiàn)在亞洲以東的鄂霍次克海以及亞洲西北部的烏拉爾山地區(qū)。

烏拉爾阻塞高壓正好位于寒潮關(guān)鍵區(qū)的西側(cè)。當(dāng)烏拉爾阻塞高壓不斷向北發(fā)展，使得西風(fēng)氣流在歐亞地區(qū)呈現(xiàn)“Ω”形態(tài)，暖脊帶領(lǐng)的暖空氣能把北極地區(qū)的冷空氣擠走，從而使得冷空氣像“坐滑滑梯”一般，順勢(shì)就溜到了西伯利亞中部的寒潮關(guān)鍵區(qū)。可以說(shuō)，烏拉爾阻塞高壓是聯(lián)系北極冷空氣與我國(guó)大陸的重要橋梁。

全球變暖為啥還寒潮頻發(fā)？

研究表明，全球變暖促進(jìn)了冷空氣南下。

寒潮的發(fā)展與爆發(fā)和西風(fēng)帶密切相關(guān)。而西風(fēng)帶這根“皮筋兒”的松緊，則由南北緯向溫度梯度決定。南北溫度差異大，西風(fēng)帶強(qiáng)，反之，西風(fēng)帶弱，容易出現(xiàn)波動(dòng)。

在過(guò)去的100年中，全球整體溫度持續(xù)升高，而在近幾十年中，北極地區(qū)正在經(jīng)歷比全球其他地區(qū)更快的變暖，這一過(guò)程稱為“北極放大效應(yīng)”。這種溫度變化趨勢(shì)使得南北溫度梯度減小，從而減弱西風(fēng)帶環(huán)流。

在這種情況下，形成于西風(fēng)帶南部的阻塞高壓更加容易深入北極地區(qū)。同時(shí)在氣候變暖的背景下，阻塞高壓的維持時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，并且在北半球中高緯度地區(qū)，尤其是烏拉爾山地區(qū)更容易出現(xiàn)持續(xù)性的阻塞高壓。

氣候變暖下，極端寒潮事件的發(fā)生往往是由多個(gè)大氣系統(tǒng)協(xié)同作用的結(jié)果。近日，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的姚遙副研究員和張文其博士關(guān)于2021年初我國(guó)極端寒潮天氣的研究成果發(fā)表在《Advances in Atmospheric Sciences》雜志上。研究結(jié)果表明，2020年秋到2021年初冬，在烏拉爾山連續(xù)發(fā)生了幾次阻塞過(guò)程。

當(dāng)暖脊向北發(fā)展時(shí)，所攜帶的暖空氣會(huì)導(dǎo)致北冰洋地區(qū)的海冰持續(xù)減少，從而增暖北極地區(qū)。同時(shí)當(dāng)年又出現(xiàn)了拉尼娜現(xiàn)象，即赤道太平洋中東地區(qū)的海溫下降。這樣的協(xié)同作用，進(jìn)一步促進(jìn)了南北緯向溫度梯度的減弱，從而導(dǎo)致西風(fēng)帶的減弱，有利于極端寒潮事件的發(fā)生。

（作者系中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所博士生）

關(guān)鍵詞： 寒潮 頻發(fā) 變暖