關於寒潮的那些事

陳可鑫 中國科學院大氣物理研究所博士生

今年第一波寒潮的後勁剛過，第二波寒潮又來了。寒潮，是指大規模強冷空氣的南下活動過程。根據我國《冷空氣等級》標準規定，某地冷空氣過境後，氣温在24小時內下降8℃或48小時內下降10℃，並且日最低氣温在4℃以下，才可稱為一次寒潮過程。為什麼會有寒潮？不是説全球在變暖嗎，為啥還寒潮頻發？這些問題，我們來一一回答。

　　寒潮起源於哪裏？

一切的根源都得從太陽輻射講起。由於地球是個球體，不同緯度接收到的太陽輻射能量是不同的：赤道多、兩極少，所以赤道温度高，而地處高緯的北極地區温度低。特別是冬季，太陽直射點位於南半球，北極地區出現極夜現象，氣温一般低於-20℃，所以在北極地區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，則與中緯度地區上空的西風帶有關。西風帶的形成可以簡單敍述為：赤道地區暖空氣上升，在高空向兩極運動，由於受到地球自西向東自轉運動的影響，暖空氣在向北運動的過程中同時向東偏轉，最終在中緯度地區的高空轉向形成自西向東傳播的西風帶。

強大的西風帶中自西向東的緯向氣流，就像一根緊繃的“皮筋兒”，圈住了北極地區的冷空氣，不讓它們輕易離開極區。但如果西風帶強度減弱，原本拉緊的“皮筋兒”變得鬆弛，就容易產生波動，形成南北移動的經向氣流，此時冷空氣就可以順勢向南入侵。

北極地區主要是被歐亞大陸和北美大陸圍繞着的北冰洋。由於陸地降温比水體更快，冬季時歐亞大陸的氣温更是急劇下降。來自北冰洋洋麪上的冷空氣在南下過程中，常常會經過我國北部的西伯利亞中部地區，並在那裏聚集加強——這個地區被稱為“寒潮關鍵區”（70°～90°E，43°～65°N）。當冷空氣“醖釀”至一定強度後，在有利的大氣形勢下，便一舉南下，大肆入侵我國。

每一次冷空氣過後，寒潮關鍵區的冷空氣庫存就減少一部分，從而開始醖釀新的冷空氣，等待下一次爆發時刻的到來。

　　寒潮如何南下？

從上面的敍述中，我們可以知道，寒潮來不來，一看冷空氣，二看西風帶。那西風帶上都要看些什麼呢？有經驗的預報員告訴你：“看槽脊波動。”

西風帶原本是條近乎平直的穩定東行的緯向氣流，當氣流發生波動時，我們把向南凹的部分稱為“槽”，向北凸的部分稱作“脊”。西風帶上“槽”的形成與冷空氣的向南移動有關，而“脊”的形成往往意味着中緯度地區有暖空氣向北發展。當“脊”不斷向北發展，其南部與南方暖空氣的聯繫被中高緯度冷空氣截斷後，將會形成一個閉合的暖中心，稱為“阻塞高壓”。

這種阻塞高壓穩定少動，持續時間長，它破壞了西風帶環流，有利於波動的形成和發展，即南北向氣流的發展，從而給冷空氣的南下打開了“通道”。在亞洲地區，阻塞高壓常常出現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。

烏拉爾阻塞高壓正好位於寒潮關鍵區的西側。當烏拉爾阻塞高壓不斷向北發展，使得西風氣流在歐亞地區呈現“Ω”形態，暖脊帶領的暖空氣能把北極地區的冷空氣擠走，從而使得冷空氣像“坐滑滑梯”一般，順勢就溜到了西伯利亞中部的寒潮關鍵區。可以説，烏拉爾阻塞高壓是聯繫北極冷空氣與我國大陸的重要橋樑。

　　全球變暖為啥還寒潮頻發？

研究表明，全球變暖促進了冷空氣南下。

寒潮的發展與爆發和西風帶密切相關。而西風帶這根“皮筋兒”的鬆緊，則由南北緯向温度梯度決定。南北温度差異大，西風帶強，反之，西風帶弱，容易出現波動。

在過去的100年中，全球整體温度持續升高，而在近幾十年中，北極地區正在經歷比全球其他地區更快的變暖，這一過程稱為“北極放大效應”。這種温度變化趨勢使得南北温度梯度減小，從而減弱西風帶環流。

在這種情況下，形成於西風帶南部的阻塞高壓更加容易深入北極地區。同時在氣候變暖的背景下，阻塞高壓的維持時間越來越長，並且在北半球中高緯度地區，尤其是烏拉爾山地區更容易出現持續性的阻塞高壓。

氣候變暖下，極端寒潮事件的發生往往是由多個大氣系統協同作用的結果。近日，中國科學院大氣物理研究所的姚遙副研究員和張文其博士關於2021年初我國極端寒潮天氣的研究成果發表在《Advances in Atmospheric Sciences》雜誌上。研究結果表明，2020年秋到2021年初冬，在烏拉爾山連續發生了幾次阻塞過程。

當暖脊向北發展時，所攜帶的暖空氣會導致北冰洋地區的海冰持續減少，從而增暖北極地區。同時當年又出現了拉尼娜現象，即赤道太平洋中東地區的海温下降。這樣的協同作用，進一步促進了南北緯向温度梯度的減弱，從而導致西風帶的減弱，有利於極端寒潮事件的發生。

《光明日報》（ 2021年11月25日 16版）

來源:光明網-《光明日報》