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2018年2月28日,德国布雷德施泰特。德国布雷德施泰特,犁式雪犁正在运转。强降雪导致诺德弗里斯兰的街道交通困难。资料来源:Frank Molter/dpa/Alamy Live News M63JJY
2018年2月28日,德国布雷德施泰特。德国布雷德施泰特,犁式雪犁正在运转。 信用:弗兰克隆特/ dpa / alamy股票照片。
极端天气
2018年3月1日16:44

解说:极地涡旋、气候变化和“来自东方的野兽”

罗伯特在筹划

罗伯特在筹划

01.03.2018 | 4:44pm
极端天气 解说:极地涡旋、气候变化和“来自东方的野兽”

当欧洲大部分地区都在零度以下的低温中瑟瑟发抖时,北极和美国东部却在最近几周沐浴在异常温暖的环境中。

2月期间的北极温度达到历史新高,包括九个独立的日子温度在零度以上。这不仅仅是30度的温暖比预期的还要糟糕

大量的新闻报道已经将这种不寻常的极端天气组合归咎于“极地涡旋”。有些人认为气候变化使这些事件更有可能发生这是由于北极海冰的减少。

那么什么是极地涡旋呢?它如何影响中纬度地区的天气?如果有的话,气候变化在其中扮演了什么角色?

《来自东方的野兽》

本周的许多新闻头条都被同一事件的两个方面所占据。一方面,“来自东方的野兽席卷了整个欧洲,带来了严寒和暴风雪交通系统处于停滞状态在很多国家。

从东方的标题覆盖范围选择“野兽”。图片来源:Tom Prater, Car必威手机官网bon Brief

“来自东方的野兽”标题报道精选。图片来源:Tom Prater, Car必威手机官网bon Brief

德国全境气温骤降至零下10摄氏度;布鲁塞尔无家可归者如果拒绝收容,他们会被拘留一整晚;和数十座房屋的屋顶倒塌在波斯尼亚-黑塞哥维那的积雪下。雪甚至造了一个罗马罕见的出现

另一方面,“暖空气入侵”给北极带来了异常温和的气候条件。

尽管常年处于黑暗的冬季,北极的气温在最近几周已经飙升。据报道,西伯利亚本月的气温比平均水平高出35摄氏度《卫报》2018年,格陵兰岛最北端的气温已经高于冰点61个小时,“是以往任何一年的3倍多”。

这些不寻常的天气极端是同一个硬币的两面。罪魁祸首是在称为极地涡旋的平流层中的循环模式,它暂时分成两个,允许热空气进入北极并推动欧洲的冷空气爆炸。

但如此温暖的北极环境让科学家们感到担忧。莫里斯·杰瑟普角,格陵兰岛最北端,“在过去一周左右一直异常温暖,”他说露丝Mottram博士,一位气候科学家丹麦气象研究所(DMI)。她讲碳简短:必威手机官网

“DMI气象站的记录显示,连续10天的气温在部分或全部时间至少为0摄氏度或更高。这是有记录以来第三次发生这种情况,前两次是在2011年和2017年,但这种天气事件的持续,以及变暖的幅度,是它如此不同寻常的原因。”

变暖也被提升了foehn-effect莫特拉姆补充说,风把冰从格陵兰海岸吹走,形成了开阔的水域。

温暖的北极环境使得海冰在本该在冬季生长的时候融化了。1月份,北极海冰开始融化创历史新低本月,而且InsideClimate新闻上周报道称,“在2月中旬的短短8天里,覆盖阿拉斯加西海岸白令海的海冰消失了近三分之一”。

报纸报道纷纷猜测人类引起的气候变化可能正在扮演的角色- 是否条件是要提出的事情的标志。周三的监护人例如,它的头版标题是“北极热浪引发气候融化担忧”。

但是,气候变化、极地涡旋和中纬度天气之间的潜在联系是一个复杂的、不确定的,有时还存在争议。

《卫报》2018年2月28日头版

《卫报》2018年2月28日头版

什么是极地涡旋?

术语“极地漩涡是“可能是用词不当”,他说詹姆斯博士屏幕,气候科学助理教授biwei6868埃克塞特大学.他告诉《碳简报》:必威手机官网

“大多数大气科学家们会说,我认为,极地漩涡是冬季平流层循环的具体特征(更完全,平流层极性涡旋)。最近,术语越来越多地用于描述对流层循环。“

这需要一点整理。首先要注意的是,极地涡旋位于平流层,即从地球表面上方8公里处开始的大气层。

平流层极性涡流是一种低压天气系统,坐落在北极(南极上有相同的一个)。其主要特点是围绕北极的强大西对东风。这些风称为“极夜飞机“因为它们只在黑暗的北极冬天出现。

极性夜间喷射在非常冷的北极空气和中纬度的温暖空气之间形成边界。

平流层(蓝色)和对流层(红色)极地涡旋的插图。资料来源:Waugh等人(2017)。©美国气象学会。使用许可。

平流层(蓝色)和对流层(红色)极地涡旋的插图。资料来源:Waugh等人(2017)。©美国气象学会。使用许可。

正如Screen早些时候指出的,平流层极地涡旋经常与第二个涡旋混淆——这次是在对流层。

对流层极地涡旋是中纬度天气的全年特征,由北极和中纬度之间的温差驱动。它的边界风通常被称为射流.如上图所示,它比平流层中的同名行星要大得多。

喷射流的位置和强度对中纬度天气产生了很大影响。当喷射流强烈时,其快速流动的风在北极和南部的寒冷空气中提供了障碍物之间的屏障。当它削弱时,喷射流会减慢并且可以开发扭结。这允许冷北极空气泄漏到中纬度,并且溢出溢出 - 最近的情况如此。

极地涡旋biwei6868背后的科学。来源:美国国家海洋和大气管理局

极地涡旋biwei6868背后的科学。信贷:美国国家海洋和大气管理局

喷射流的强度和位置可以通过称为的度量测量北极涛动(AO)。当AO为正时,喷射流很强。当它是负的时,喷射流是弱的。

两个极涡相似的名称和特征可能会引起混淆,Screen说:

“通常情况下,‘极地涡旋’只用于平流层,但现在看来‘极地涡旋’基本上被用来描述急流。”

当谈到本周发生的天气变化和气候变化的潜在影响时,这种区别是很重要的。

突然的变暖

引发本周反常天气的是“平流层突然变暖”事件。

当某些东西敲击千斤顶时,发生突然的平坦气压(SSW)。这可能是对流层中的大天气模式引起的。

由此产生的极地夜间急流的晃动会导致环流减慢,方向逆转,甚至分裂成两个单独的漩涡。这使得空气在北极上空坍塌,压缩大气,导致平流层温度急剧上升几天内就能达到50摄氏度

当这种情况发生时,对流层的连锁反应意味着在中纬度地区旋转的西风也会反过来变成东风。这可能需要几天或几周的时间来实现。关于两个星期前时,平流层极涡减弱,然后分裂为两个。你可以在下面的视频中看到。紫色线条所示的快速流动的风从整齐的单个圆圈变成了两个并排旋转的漩涡。

莫特兰解释说,现在看到的是分裂的后果:

“这使得温暖的空气向上移动到高北冰洋,与此同时,高压的残余现在滞留在斯堪的纳维亚半岛,把冷空气带到北欧和拉布拉多海——所以格陵兰岛西南部实际上非常,非常冷,(格陵兰岛的首都)努克这个月的气温可能会低于平均水平。”

莫特兰说,这是一种经典的天气模式,在观测记录中一直存在。然而,这一次,这种模式比以往更深、更久,这引发了一个问题,即气候变化是否在其中发挥了作用——尤其是作为研究北极“冬季变暖事件”的频率和持续时间都在增加,在这种情况下,日气温峰值在-10摄氏度以上。

莫特兰说,科学家还没有关于这些事件的足够数据来确定这些情况是否与气候变化有关,或者它们会更频繁地发生。然而,如此温暖的北极本可以助一臂之力,莫特拉姆补充道:

“不过,可以肯定地说,气候变化在一定程度上推动了与这次事件相关的变暖。我们看到这些变暖的峰值一直在记录中,但基线正在向上移动。大气变暖,海洋也变暖。”

然而,除了背景变暖的背景下,一些研究人员认为,北极海冰的迅速下降正在使极端的中层天气更有可能。

北极放大

北极地区的气温正在上升快三次作为全球平均水平——一种现象被称为北极放大

其中一个主要原因是海冰消融在该地区。随着北极海冰的融化,原本会被反射走的太阳能量被海洋必威体育在线注册吸收了。

1979年至2018年1月北冰洋海冰面积以每10年3.3%的速度下降。注意:y轴不是从零开始的。来源:国家冰雪数据中心

1979年至2018年1月北冰洋海冰面积以每10年3.3%的速度下降。注意:y轴不是从零开始的。信贷:nsidc.

北极放大与中纬度天气之间的关系已成为气候研究的一个突出话题。就在上个月,《大气科学进展》杂志发表了一篇biwei6868特殊的问题在这个问题上。

科学家们提出各种机制这两者之间的联系。例如在美国,随着北极迅速变暖,北极和中纬度地区的温差减小。这可能会削弱高速气流,导致它更加弯曲,让冷空气被拉到中纬度地区。

同时,一些气候模型预测表明,虽然海冰的减少可能会在短期内放大中纬度天气的年变率,但总变率将会最终减少在夏季海冰大量减少的高排放情景下。

Screen解释说,平流层极地涡旋的减弱是北极放大影响中纬度天气的一个可能途径:

“有人认为,北极海冰的减少削弱了极地平流层涡旋,这可能会导致负AO(急流减弱)和更有可能出现寒冬。”

然而,他补充说,这个理论仍然是“有争议的”。

2018年2月26日,意大利罗马。下雪时,人们走过古罗马圆形大剧场。来源:CrowdSpark/Alamy Live News。M5X5B2

2018年2月26日,意大利罗马。下雪时,人们走过古罗马圆形大剧场。来源:CrowdSpark/Alamy Live News。

其他科学家则更加确定。珍妮弗·弗朗西斯教授,罗格斯大学海洋和海岸科学系的研究教授,告诉《碳简报》“肯定有联系”:必威手机官网biwei6868

“现在至少有十几项研究已经证实了海冰的流失——尤其是在巴伦支海和卡拉海——与进入平流层极地涡旋并回到中纬度天气的急流有关。”

弗朗西斯解释说,这一过程始于海冰的消失,这使得北极水域在夏季吸收了更多的太阳热量。这种温暖减缓了初冬巴伦支海和喀拉海的冰形成。

弗朗西斯说,在这个区域上空,急流通常会有一个凸起。她解释说,气候变暖在隆起的东侧形成了一个高压区域,伴随着来自北极的更强的冷风进入中亚和东亚:

“这有效地在急流中产生了更大的南北向波浪,在适当的条件下,将波浪能量向上转移到平流层。必威体育在线注册当巨大的波能脉冲进入平流层的极地涡旋时,涡旋可能会从必威体育在线注册其通常以极点为中心的圆形形状被打乱。”

因此,这可能会引发平流层突然变暖事件,进而引发中纬度地区的异常天气。

其中一项研究表明了这种联系,发表在上个月的美国气象学会的公报(BAMS)。由博士研究员领导玛琳克雷克默克波茨坦气候影响研究所研究所(PIK),该研究确定了七种不同的“国家”,即1979 - 2015年冬季(1月至2月)显示的梯形北极地涡流。

论文发现,在这些状态中,“弱扭曲”涡旋的频率从1979-96年的每年冬季约3天增加到1998-2015年的7天,而“强”涡旋的频率则从“每季约12天减少到仅6天”。

该研究指出,弱涡旋通常“伴随着中纬度欧亚大陆随后的极端寒冷天气”。

在前一个期刊论文,Marlene Kretschmer的研究还确定了在冬季中纬度天气模式的“重要外在司机”中的海冰覆盖。

但尽管在这方面的工作中的速度,但“研究了解北极扩增和海冰的平流层途径仍然非常年轻”,注意扎克拉贝河她是加州大学洛杉矶分校气候科学博士研究生biwei6868加州大学欧文分校

实际上,Labe讲述了“在平流层 - 对流层间相互作用之间的动态关系仍然有重大研究”,Labe讲述了碳简介。必威手机官网

因此,他总结道,目前“对于海冰和北极放大可能如何影响极地涡旋还没有明确的共识”。

2018年3月5日更新,包括PIK领导的关于平流层极地涡旋不同状态的两项研究。

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