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极地漩涡,冰封美国

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地球是一个奇迹
环境|美国
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2019年1月30日,在芝加哥密歇根湖上空,海雾从湖面上袅袅升起,这是极冷空气吹过较暖湖水所产生的现象。这场致命的冷锋与异常的极地涡旋有关。| 国家地理图片集
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新一年才刚刚开始,北美很多地方就迎来了一年中最冷的日子,周一上午,冬季风暴Blair已经给美国东部和中部地区带来了巨大影响,六个州宣布进入紧急状态。

多股北极冷空气的袭击,使得美国东部三分之二的地区,本周气温将降至今年冬季以来最冷的水平。官方推测,全美70%以上的人口将经历极寒天气。

而这一切都是北极极地涡旋造成的。

在北极上方的大气层高处,盘旋着一团逆时针旋转的冷空气,它随着季节变化而扩张或收缩——这就是北极极地涡旋。

当这个涡旋边界扩大,朝赤道方向下沉时,它会携带着凛冽的冷空气而来。与延伸的极地涡旋相关联的冷空气很快就会席卷美国,让数百万人暴露在严寒之中,甚至会影响到墨西哥湾沿岸地区。 

在极度寒冷的情况下,几分钟内暴露在外的皮肤就有冻伤的可能,长时间暴露则会导致体温过低。

2019年的那次极地涡旋导致美国至少21人死亡,而且在2021年,该涡旋还助推致命冷空气侵入得克萨斯州。

这种极地涡旋是一种有详实记录且长期存在的天气模式,但一些科学家表示,气候变化可能使其变得不稳定,从而带来灾难性后果。

极地涡旋如何运作?

该涡旋围绕北极持续逆时针旋转,它在南半球的对应物是南极极地涡旋。

在北半球的夏季,涡旋边缘处于较高纬度位置,而在冬季,它会向南移动。

涡旋底部边缘是极锋,也就是极地急流。极地急流自西向东移动,这就是为什么北美洲的东北部地区常常受到极地涡旋影响。

急流是由温差和地球自转推动向前的。温差越大,产生的风的流速就越快。那些急流往往处于飞机飞行的高度,距离地面30000英尺(约9.1公里),飞行员们常常会借助它们助飞并节省燃油。

急流还能带来诸如冷锋和热浪之类的天气变化。根据美国国家海洋和大气管理局的说法,一股强劲的极地急流大致沿着与涡旋相同的纬度移动,这会使涡旋更加稳定,并将寒冷的北极空气困在北极圈内。

但偶尔极地急流会减弱,以一种被称为“北极涛动”(arctic oscillations)的波浪状模式环绕地球移动,其波峰和波谷会使得较温暖的南方空气向北移动,而寒冷的北极空气则向南奔涌。

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这张摄于2019年1月27日的照片是由“诺阿-20”号卫星拍摄的。将美国部分地区拖入严寒天气的极地涡旋,在五大湖上空呈现为“云街”状。极冷空气掠过尚未结冰、相对温暖些的湖水,形成了大量积云。| COURTESY NOAA
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气候变化影响极地涡旋

科学家们正在研究全球变暖将如何影响诸如冬季风暴之类的天气模式。

总体而言,对于大多数生活在美国的人来说,冬季是升温最快的季节。但是,随着地球变暖,极地涡旋是否会更有可能将冷空气送往南方,这是一个当前科学界争论的领域。

这个问题主要集中在极地气温升高将如何影响极地急流上。科学家们现在发现,地球两极的变暖速度比中纬度地区更快,这意味着驱动急流的温差已经减小了。

2018年发表在《自然》杂志上的一项研究将高于平均水平的北极气温与美国东部的寒冷天气爆发联系了起来。而2021年发表在《科学》杂志上的一项研究发现,北极变暖可能会越来越多地扰乱极地涡旋本身,而不仅仅是急流。


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撰文:Sarah Gibbens
编译:Arvin
校对:钱思琦
版式设计:钱思琦

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