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南半球目前正处于冬季，动态的天气模式将引发南极上空平流层的强烈变暖事件。这些事件在南半球很少见，但威力巨大，并且已知会对整个地球产生影响。
这些平流层变暖事件蕴含着巨大的能量，可以影响整个半球。我们北半球曾经历过几次这种情况，影响了冬季的天气模式。
南半球冬季平流层变暖事件并不常见，过去几十年中仅有少数已知事件发生。我们将关注当前平流层变暖事件的进展及其对北半球可能产生的一些异常影响。
极地涡旋环流
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驱动这些事件的主要力量是极地涡旋。要了解它是什么，通常最好是将其可视化。简而来说，它只是一个描述北半球（和南半球）冬季广泛环流的名称。
下面，可以看到极地涡旋的三维图像。为了获得更好的视觉呈现，垂直尺度被大大增强。它很好地展示了极地涡旋原本隐蔽结构，并连接到较低层的大气压力系统和冬季天气模式。
极涡延伸至大气层高处。最低层称为对流层，所有天气现象都发生于此。但在对流层之上，是平流层，这是一个更深、更干燥的一层，臭氧层就位于其中。
极涡就像一个巨大的气旋，覆盖整个北极至中纬度地区。它连接着从地面到大气的各个层面，但在不同的高度会呈现出不同的形状。
因此，将整个极涡分为上层（平流层）和下层（对流层）。它们各自以不同的方式发挥的作用，因此研究人员会将它们作为两个独立的系统进行监测，但它们之间的联系也非常重要（图片来自 NOAA-Climate）。
由于上层（平流层）在地面以上较高的地方旋转，其流动障碍物较少，其形状更加圆形和对称。
但极涡的下层结构则更加不均匀，且经常受到干扰。这是由于地形/山脉和强气压系统作为障碍物的作用的影响而造成的。
下图显示了不同高度的极涡。越靠近地面（左侧），由于地形复杂，且有众多天气锋面及系统的影响，它变形就越严重。
南半球的情况也完全一样。但南半球的地形较少，平流层极涡的干扰较少。
为了更清楚地了解极涡，下面的高分辨率视频，显示了涡旋在北半球平流层 30mb （约 23 公里/14 英里高度）旋转的情况（看完记得回来嗷～）。
极涡并不是一场简单的冬季风暴或一股从某一地区中西部移动东北部的寒流，而是一个强大的大规模环流。
监测极涡的状态，因为它可以对我们的日常天气产生深远影响。主要将极地涡旋分为两种不同的模式：
强/稳定的极地涡旋通常意味着强极地环流和急流。这会将较冷的空气限制在北极圈内，譬如为大部分地区带来较温和的气候。
相比之下，弱或中断的极地涡旋会形成弱的急流模式。因此，它更难控制冷空气，冷空气现在可以从极地地区逃逸到中纬度地区（图片来自 NOAA）。
因此，无论谈论的是哪个半球，弱的极地涡旋都会造成更为混乱的天气模式。
这通常是通过增加极地平流层的压力或温度来实现的。此类事件被称为“突然平流层变暖 (SSW)”，顾名思义，这是平流层温度的迅速上升。
在本文中，我们将了解目前正在南半球发生的一次平流层变暖事件。这种事件本身的发生方式与北半球完全相同。
平流层变暖事件
通常，研究人员在 10mb 观察平流层的极涡，也就是大约 28-32 公里（17-20 英里）的高度。这个高度被认为是中层平流层，能够很好地代表极涡的整体动态。
极涡的强度通常通过其内部和周围风力的强度来测量。这是通过测量北极圈（纬度 60°）周围的纬向（从西向东移动）风速来实现的。
以下是 NASA 监测系统的分析。它显示了 2020/2021 年冬季北半球平流层急流，红线表示该急流在 1 月初反转为负值。
那是一场平流层极地涡旋的崩溃/崩塌事件，由非常强烈的突然平流层变暖事件引发。
那次平流层突然变暖事件发生在 1 月 5 日，当时北极圈周围的风向发生了逆转。平流层变暖波在整个北极平流层蔓延，有效地将极涡的冷核分裂成两部分。
破碎的极涡的一部分已经移至北美，另一部分移至欧洲区域。此时，这还没有对地面冬季天气产生直接影响，因为这发生在 30 公里的高度。但此时极涡像一座纸牌屋一样坍塌，其影响最终到达地面。
下图显示了大气压力指数。负值表示低压（蓝色），正值表示高压（红色）。海拔高度从地面到平流层顶部（约 46 公里），覆盖 2020/2021 年冬季和 2021 年早春。
1 月初，平流层出现强正值，与平流层变暖事件期间的高压积聚有关。事件及其影响随着时间的推移逐渐减弱，到 1 月中下旬达到较低水平。
这种现象一直持续到 2 月份，即使平流层变暖在较高层次已经结束，但天气环流仍然受到影响。因此，可以看到这种事件对天气模式的影响有多大。
上述事件发生在北半球，但南半球的动态也完全一样。当然，最初的直接影响仅限于南半球，但正如稍后会看到的，它影响将可以延伸到北半球。
南极平流层变暖
南半球的天气季节与北半球相反。因此，当我们进入夏末时，南半球仍处于冬季，这意味着南半球极地涡旋环流活跃。
下面是 NASA 的一张特别图片。它显示了南平流层极地涡旋核心约 30 公里/ 18 英里高度（10mb 级）的温度。紫线显示南极平流层温度达到峰值，达到今年这个时间段的历史最高值。
那么，这一事件是如何展开的？在下图中，可以看到南极平流层的最新温度分析。一股非常强烈的暖流正在挤压南极极涡的核心，并深深地延伸至极圈内。
下图是当前南极上空平流层的气压异常。可以看到极涡和强烈的高压异常正在发展，它们从与变暖波相同的一侧向极地涡旋施压。
温度异常分析也显示，该高度（10mb ~ 30 公里/18 英里）存在强烈的温度异常。该区域温度明显高于正常值，是平流层变暖事件，峰值温度比长期平均值高出 60°C 以上。
查看平流层这一层的风和温度预报，可以看到由于极涡受到压力，风速在减弱。此外，随着平流层变暖事件的发展，温度出现强烈异常的峰值。
查看第 5 天的气压异常预报，可以看到平流层将出现两个气压异常，从两侧压迫极涡。
伴随高压的到来，会有两股变暖波。记住，这一切是在平流层中展开的。异常现象表明平流层异常高温如何扰乱极地涡旋和南半球的环流。
在下图中，可以看到按高度划分的大气，颜色表示南极上空的气压异常。可以看到平流层中存在高压异常，在预测部分连接到下层。平流层中的异常是当前的平流层变暖事件，预计会向下发送一个高压波。
查看压力模式，可以看到南极上空的高压异常，以及向南澳大利亚和南美洲转移的低压区域。这表明环流发生了中断，可能与平流层中正在发展的压力异常有关。
以下是 ECMWF 7 月下旬和 8 月初的扩展集合预报。该预报显示南半球平流层的温度异常。如图所见，平流层变暖异常将持续到下个月，但强度可能会减弱。
这是南半球一次相当显著的平流层变暖事件。
全球天气影响
有人会问我们住在北半球，为什么要关心南极上空的平流层变暖事件？如果看下面的图片，就可以看到一个简单的半球之间全球空气循环的示意图。冬季半球的流动和动态要更多，而夏季半球通常比较平静。
这被称为“布鲁尔-多布森环流 (Brewer-Dobson circulation)”，它将两个半球的环流连接到大气中较高的位置。实际上，它要复杂得多，但这个简单的示意图显示了气流和能量传递的主要思想。
这基本上表明北部和南部平流层是相互相连的。
以下是一项关于 2019 年南极平流层变暖事件的研究的有趣图表。这些图表显示了美国和欧洲上空电离层的总电子含量 (TEC) 的变化。
第一幅图显示了南极平流层强烈变暖事件后，美国上空的电离层异常。在美国上空的电离层中观察到了 40-80% 的强烈电子电荷强烈异常。
由于强烈的平流层变暖事件产生的能量波已经到达北半球，因此在欧洲也观察到了相同但相反的变化。
总体而言，这项研究发现美国和欧洲热层的氧/氮比和总电子含量同时存在正向和负向的扰动。
这些因素在地球大气的地磁活动中发挥着作用，而且这些变化强烈到可以被探测和测量。
强烈事件发生后，高层和低层大气中观测到直接的天气变化。有迹象表明，那次事件强度足以对北半球 2019/2020 年冬季的天气产生了影响。
追踪这些变化和影响并不容易，因为全球天气环流中有很多信息“缺失”了。但在下图中，可以看到南极从 8 月至 10 月气压异常与随后 12 月至 2 月北半球气温之间的简单联系。
这个图显示了 8 月至 10 月期间南极持续高压异常与随后 12 月至次年 2 月美国气温较低之间的信号。
这里有一个严肃的警告：这种相关性并不意味着南极的高压异常直接导致了随后冬天气温较低的现象。它只是表明了一些联系，但并没有解释这种联系到底是什么。
类似平流层变暖的大规模事件可能会导致南极出现长期的高压异常。经过几周到几个月的时间，一些平流层变暖事件 (SSW) 的一些影响可能会在北半球显现出来。
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