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由于北半球强烈的气压异常，目前，在北极上空的平流层中观察到异常微弱的极地涡旋。这对未来的天气发展有重要影响，同时也与本月的天气模式演变有关，甚至可能与 2024/2025 年冬季的潜在天气变化相关。往期我们已经讨论过极地涡旋在 9 月份相对较弱的情况。但自那以来，极地涡旋并没有真正增强多少，目前是过去 40 年来 10 月初最弱状态的一次。极地涡旋通常在冬季扮演重要角色。但今年，极地涡旋一开始就异常微弱，这可能对即将到来的冬季产生重要影响，类似的情况曾发生在 1981/1982 年冬季。 极地涡旋的发展
理解极地涡旋的最好方法是将其形象化。简单来说，它是一个描述北半球（和南半球）冬季大范围环流的名称。下图，可以看到极地涡旋的三维图像。为了获得更好的视觉效果，垂直轴被大幅增强。它展示了极地涡旋的实际结构，以及它如何连接到较低层大气和压力系统。极地涡旋贯穿大气层的多个层面。最底层被称为对流层，所有天气现象都发生在这一层。然而，在对流层之上是平流层，这是一个更高、更干燥的层，也是臭氧层的所在的位置。因此，通常是将整个极地涡旋分为上层（平流层）和下层（对流层）两部分。它们的作用方式不同，所以分别监测这两个部分。然而，这两个部分共同构成了北半球的天气环流。为了更好地了解极地涡旋，一段高分辨率视频。视频以 3D 形式展示了地涡旋，更好地了解它的外观。不过请注意，为了便于视觉展示，涡旋的垂直尺寸被大幅增强（看完记得回来嗷～）。视频的主要启示是，极地涡旋不仅仅是一场从中西部移动到东部的冬季风暴或寒潮。它是覆盖整个北半球的整个天气环流系统。 极地涡旋的当前状态
目前，极地涡旋规模较小，但其位置稍微向西伯利亚方向移动了一点。下图显示了中层平流层 10 mb（约 30 公里/ 18.5 英里）的位势高度和温度。极地涡旋看起来像一个带有冷核心的“气旋”，位于低压中心附近。可以在涡旋的的太平洋一侧看到一个微弱的暖区。这也是平流层中形成高压异常的地方，有助于将极地涡旋推离中心，并限制其增强。下方是同一高度的图像，但显示了气压异常。它很好地揭示了极地涡旋西部上空的平流层的气压异常。接下来，看一下整个极地涡旋的三维结构。可以看到极地涡旋目前还没有完全全向下延伸到较低层，这并不罕见，因为 10 月份通常是极地涡旋预计会增强并向下连接的月份。不过，空气本身是无法真正“切断”的，所以仍然可以追踪气压异常。垂直气压异常结构可以直接揭示平流层极涡与较低层之间的联接。下图是从地表到平流层顶部（45 公里/28 英里）的垂直气压分析。可以看到，在平流层的格陵兰岛和极地地区存在的强烈负异常，这些异常连接到了地表，并以一定角度延伸至西伯利亚。同时，还可以看到太平洋上空整个平流层上方极地涡旋周围都有高压异常。这正是压迫极地涡旋、影响其结构并限制其发展的因素。这一点可以从下图的天气模式分析中体现出来。未来 5 天内，可以看到北半球的气压异常。可以观察到极地低层地区集中的低压区，它如同上图中平流层极地涡旋的“脚”。同时，格陵兰岛上方正在形成强烈的高压异常。它将深入极地地区，几乎将低层极地涡旋分裂成多个单独的区域。还可以看到北太平洋和阿留申群岛的强高压和低压区，将能量推向平流层。这将影响北半球周围的温度。随着极地上空的低压区较弱，较冷的空气被向外输送。但由于目前仅 10 月初，实际上还没有足够强大的冷空气团来形成显著的异常。展示这些内容的原因，是为了揭示平流层极地涡旋与地面天气的联系及其重要性。如果这种情况发生在 12 月或 1 月，结果将大不相同。必须监测极地涡旋的状态，因为它会对我们的日常天气有着深远影响。通常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。这会将较冷的空气封锁在北极圈内，比如为美国大部分地区带来较温和的气候。相比之下，弱/紊乱的极地涡旋会导致急流减弱。因此，它更难控制冷空气，冷空可以从极地地区“逃逸”到中低纬度地区。图片来自 NOAA。比如，如果居住在美国中部或东部，希望冬季寒冷多雪，那么极地涡旋弱时，期望成真的几率较高。在自然界中，这意味着急流的强烈扰动，极地地区释放冷空气。因此，密切关注极地涡旋的强度及其周围的所有变化。当极地涡旋的强度突然变化并可能伴随变暖事件时，这一点就显得尤为重要。 大气变化
那么，如何衡量平流层极地涡旋的强度呢？答案很简单，就是风。平流层极地涡旋越有组织，其内部及其周围的风就越强，这意味着它对地表的影响就越大。下图显示了未来 30 天中平流层的风速分析和预测。黑线表示综合预报，背景是气候数据，显示了正常值以及最高和最低记录数据。可以看到，目前以及至少在接下来的两周内，平流层极地涡旋的强度将显著弱于正常水平。在未来几天，涡旋强度将接近过去 66 年来同期的历史最低点。这表明大气层低层和尤其较高的部分都出现了异常。这些影响通常会有一定的延迟，但最终会传递到较低的大气层，从而改变天气模式。经常参考的另一个模型是 ECMWF，它也提供了平流层风速的扩展预报。下图显示，10 月大部分时间里，极地涡旋异常微弱，处于一年中这个时候的最低值。图中粗红线是一年中此时段的正常风力。但所有这些低值不仅仅出现在图表上，还可以在实际天气和发展模式中看到。 天气关联
如果我们查看第 10 天的极地涡旋预报，可以看到极地涡旋西侧的平流层中仍然有强烈的高压异常。但随着涡旋在 10 月份仍在发展，它开始扩展。由于极地涡旋正在发展，但在西部受到阻挡，它开始向北美洲延伸。可以看到，极地涡旋的一条“分支”正在向北美延展。再查看同一时期的平流层温度预报，可以看到在气压异常的同一区域，存在一个较大的温度异常。这并不像一个典型平流层变暖事件，毕竟现在还处于季节初期。但它清楚地表明，极地涡旋处于非常紊乱的状态。目前的主要问题是，这在较低的大气和我们的天气模式中如何反映？可以尝试使用一种特殊的极地环流指数来追踪低层大气的变化。该指数与低层极地涡旋及其强度有关。指数越高，极地涡旋越强，天气环流越强，反之，指数为负或较低时，表示极地涡旋较弱。下方预测图显示了该指数的预报。预测显示，在至少半个月内该指数将维持负值，这意味着较弱的环流和被扰乱的极地涡旋。这对整个北半球的天气模式都有着重要影响。如果在 12 月至 2 月期间的指数如此之低，这意味着美国东部几乎肯定会出现降雪和冷空气爆发。由于现在是 10 月，这种模式仍然会受到干扰，但尚不能期待会出现降雪和寒冷天气，至少目前还不能。首先，可以看看下周晚些时候的低压模式。预报清楚地显示了非常微弱和混乱的环流。高压异常已经笼罩了极地地区以及美国西部。正常的环流已被扰乱，极地上空大范围低压区域被几个较小的低压区所取代。与有组织且强极涡相比，这导致了北半球的天气模式截然不同。观察同一时期的温度模式，会发现美国东部出现了明显的冷异常。这是早前展示的极地涡旋“分支”移位及平流层扩展的残余效应。北半球还有三个类似的异常现象，反映出极地涡旋的紊乱状态。仔细观察美国和加拿大，可以看到美国东部有相当大面积的气温低于正常水平。10 月初，这不会为美国东部和东北部带来冰冻气温或降雪。但之所以关注这种模式的原因是，如果这种情况在 2 个月内重复发生，那么实际的天气结果将是更严重的寒冷，并美国东部和东北部也将积雪。因此，这些当前事件揭示了极地涡旋的重要性，尤其是当您期待典型冬季天气时。但有迹象表明，秋季较弱的极地涡旋在进入冬季时更容易保持较弱甚至完全崩解。 扰动仍在继续
正此所见，平流层异常预计将持续到本月下半月。下方是极地涡旋的三维结构预测，可以清楚地看到极地涡旋非常压缩和拉长的结构。在表面区域标记了蓝色圆圈，以突出其与表面连接的位置。这种拉长的形状也出现在本月中旬的平流层预报中。高压异常仍然存在于极地涡旋的西侧，一直延伸到西伯利亚。当然，由于这种异常改变了涡旋的形状，它仍然将其南端延伸到北美。以下是同一时期的低层气压模式预报。可以看到这个伸长线向下反射。主低压臂也在同一区域，延伸至美国东北部和加拿大东部。这进一步说明，在寒冷季节的任何一天，跟踪极地涡旋各层的发展有多么重要。其他低压臂在此次预报中并不如主要臂强大，因此将关注主要低压区下的温度异常。同一时期的温度异常预报显示，美国和加拿大呈现出一种“有趣”的模式。可以看到美国东北部和加拿大东南部出现另一种寒冷异常。然而，在 10 月中旬，这种冷空气并不会给美国东北部带来降雪。这再次表明，这些弱极地涡旋事件具有极大潜力，有可能带来异常天气，甚至在许多情况下，还会给美国东部和加拿大带来一两个周的典型冬季天气。但是，能否将这些当前事件作为即将到来的 2024/2025 年冬季的预兆呢？ 进入 2024/2025 年冬季
通常，这类早期的异常发展必定也会影响长期的天气发展。在某些情况下，这些异常并不重要。但实际上可以找到另一个类似的事件发生在 1981/1982 年10 月初。以下是 NASA 对当前 2024/2025 季节的平流层风速分析和预测。忽略蓝线，它显示的是上一季。可以看到，目前目前处于此时节的极低值，就像前文所述一样。但这个创纪录的最低点是什么时候出现的呢？答案是 1981 年 10 月。下方是 NASA 对 1981/1982 年季节的相同分析。您可以在 10 月看到类似的模式，前半个月都处于创纪录的低位。极地涡旋虽然回升到正常值，但从未真正强大。到了12月初，平流层风速因一次突然的平流层变暖事件而逆转，这为整个冬季定下了基调。下面是 1981/1982 年冬季的气压异常模式。极地地区出现了高压异常，正如当前模式一样中所见的那样。但由于这是在 12 月至 1 月至 2 月期间，能量更高，空气更冷，气压系统也更强。低压区很强，覆盖了加拿大和美国，并一直延伸到大西洋上空。查看同期的地表温度分析，可以看到预期的图像：加拿大大部分地区出现冷空气异常，并扩展到美国北部和东部。这可能是美国东部较为典型的冬季天气之一，这在很大程度上得益于极地涡旋及其动力。当然，没有人能保证或预测在即将到来的 2024/2025 年冬季，将拥有同样的模式。但目前正在观察过去的异常以及不寻常的发展如何延续到接下来的冬季，这提醒我们微小的变化如何产生深远的影响。 · END ·
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