大气中最神奇的再次发生30公里处温度急升50°C冷空气被赶出老巢

风暴旅行 2023-02-18 19:51:32

人们头顶上的10公里到50公里的空间里正在发生奇妙的变化,那里的温度正在急剧升高50°C左右,平流层极地涡旋即人们熟知的冷空气背后的王者正在瓦解,由西向东循环的极夜急流减弱,平均风转向东。这就是所谓的平流层突然变暖事件,是地球上最令人着迷的天气事件之一。2月16日,监测表明平均风向从偏西转为偏东,极涡在减弱的强大阿留申高压的帮助下从斯堪地纳维亚上空的极区发生转移,北极平流的温度已上升至1°C。

一般而言,当极涡位于极地时,冷空气被锁定,中纬度地区较为温暖,极涡离开极地,寒冷就会降临到亚洲、欧洲北美洲那些人口密集的区域,而平流层突然变暖事件就是这样的游戏改变者。导致平流层突然变暖的原因可能是罗斯贝波,一种大气中的一种非常缓慢的、大尺度的波动,就像海浪在海滩上撞击一样,罗斯贝波也会在水平和垂直方向上撞击,在地形和海陆温度差异时波发生破裂,其垂直撞击平流层并猛烈撞击极地涡旋时,它会传递大量能量迅速使平流层变暖并使极地涡旋分裂或移位。在极涡的垂直 3D 结构中也可以看出这一点,属于平流层的上部和中部极地涡旋的完全崩溃,而由于直接影响局限于平流层的上层和中层,因此在极低层即对流层极涡相对好的保持了形状。

极地涡旋每年8 月的最后一周在平流层的极区上方形成,那里也是是臭氧层的所在地,每年9 月开始加强,通常在新年前后左右达到最大强度,并在 4 月消散,而在夏季,平流层充满了东风。在极夜的黑暗中,由于辐射冷却,涡旋中心的温度降至 -90°C以下,两极变得比热带冷得多,导致强烈的经向温度梯度,这在平流层中变得最强,垂直风切变(风速随高度的变化)与温度梯度处于平衡状态,形成强烈的急流,即极夜急流,西风气流速度可达100m/s以上,芬兰的气象气球曾经在30公里高度测量到在 30 公里高度的风速高达 130 米/秒。北半球夏季时,它同样会在南极洲上空形成。 极夜急流和它所环绕的冷空气共同形成气旋性平流层极地涡旋。

急流的风速是衡量极地涡旋强度的主要方法是,即北纬60°N 在 10 hPa(36公里) 高度上的绕纬度带的平均风速,当极涡强大时,其周围的西风可达每秒几十米秒(如下图),一旦极涡解体,西风就便会变成负值改吹东风。极涡解体可大致分为两种情况, 极地涡旋从极地转移到另外一边或者一分为二,研究显示,极涡位移比极涡分裂对微观天气所造成的影响要小,周期也更长,一般而言当格陵兰岛和极地地区上空形成高压时,北大西洋涛动 (NAO) 和北极涛动 (AO) 会转负值,不过目前气象数值对本次平流层增温对最直接接触我们的对流层的影响反应还不是那么明确,部分数值预认极地涡旋将在未来 10 天内将首先向欧洲移动,然后向东移动。

对于中国而言,除了东北将在周初迎来一次冷空气过程之外,未来10天全国大多数地方都将出现较为温暖天气,2月底东北还可能出现“高温”天气。不过平流层到对流层的传递过程取决于速度和具体极涡具体的形态,最长需要2个月左右,所以在3月人们也可能看见天气上的滞后反应,长期预测显示,中国中东部将在2月中旬到3月初出现一次温度偏低过程,之后大部分地区将迎来一个温暖的初春,而在3月下旬,早期的雨带将在长江流域建立。

平均而言每隔一个冬季就会发生一次平流层增温,上一次出现这种现象是在 2021 年 1 月,导致中纬度地区包括中国迎来了严寒天气(最近的其他三次分别2019 年 1 月、2018 年 2 月、2013 年 1 月)那么经历重创的极涡能否恢复还是为其冬季的活动画上休止符?历史上最晚完成绝杀的平流层变暖变暖为 2016 年 3 月 5 日,目前而言,其气象模型认为极涡似乎还有一些重整旗鼓的机会。

而更有意思的是平流层增温带来的一些尺度更大的间接影响,研究显示,当年增温过程发生在热带大气季节内振荡活跃期时,北大西洋涛动将会变为负相位,大西洋急流和风暴路径趋向东北方向,北欧和欧亚大陆变得寒冷干燥,而南欧和西欧可能会经历暴雨和风暴,比如 2018 年的 平流层增温事件之后,伊比利亚半岛的降雨量大幅增加,导致此前长期持续的伊比利亚干旱突然结束而。在美国,则代表更强的冷空气爆发和暴风雨,而中国学者的研究表明,大西洋涛动负相位时期可能导致中国西南地区冬季降水偏多,而目前恰逢大气季节内振荡活跃期,未来一段时间大气环流将会有一个新的演变。

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