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随着极地地区夜晚逐渐变长、气温下降，一个新的极地涡旋正在北极上空的平流层中形成。与往年相比，今年它的增强速度较慢，这可能对 2024/2025 年冬季天气产生影响。
极地涡旋对美国、加拿大和欧洲冬季天气的影响历史悠久且显著。尤其是当它在冬季中期出现崩解的情况时，这在过去几年中已经多次观察到。
首先会回答“什么是极地涡旋？为什么要如此频繁地监测它？”然后，将探讨其目前的发展情况，以及在 9 月份较弱的初期状态对 2024/2025 年冬季和潜在的平流层增温事件有何影响。
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北极上空的极地涡旋
每年进入秋季，极地地区开始降温。这是因为地球绕太阳位置变变化，抵达北极的能量减少。但随着极地气温下降，南方的大气仍然相对温暖。可以在下图中看到冬至的情况。与仍然能接收到充足阳光和热量的南方地区相比，北极地区接收到的太阳能量很少甚至为零。这导致极地和副热带地区之间产生强烈的温差，并开始在北半球形成一个大范围的低压（气旋）环流系统。这个系统从地表层延伸到高空大气层的，这就是所谓的“极地涡旋”。下图展示了冬季极地涡旋的三维图像，为了获得更好的视觉呈现效果，垂直轴被大幅增强。可以看到极地涡旋的实际结构，如何向下延伸至较低层的大气压力系统。出于这个原因，倾向于将整个极地涡旋分为上层（平流层）和下层（对流层）两部分。它们各自发挥不同的作用，因此需要分别监测。但它们是否连接良好也是非常重要的。下图来自 NOAA-Climate。但是，需要补充一件非常重要的事情：在本文中以及在冬季期间，当提到“极地涡旋”这个词时，（在大多数情况下）指的是极地涡旋的上层平流层的部分。该部分极为动态，蕴含大量能量，其变化可能会产生长期的影响。 极地涡旋天气
极地涡旋的上层（平流层部分）在高空旋转时形状更为更圆且对称，但下层结构更为不规则且“摇摆不定”。这主要是因为地形/山脉以及强大的压力系统对气流的阻碍作用。下图中，可以看到一个典型的高空极地涡旋的示例，位置在冬季中层平流层约 30 公里（18.5 英里）处的高度。它呈圆形，温度迅速下降至其冷却的内核。这是一个标准的平流层极地涡旋示例。较强的风通常出现在涡旋外缘，被称为“波动区”。风速在描述极地涡旋时非常重要，因为风速通常是显示涡旋发生变化的最早信号。在接下来的图片中，可以看到极地涡旋在接近地面的下层部分，位于约为 5 公里（3 英里）高度。越靠近地面，极地涡旋的形状越不规则。这是由于地形/山脉和强大气压系统的影响，它们在北半球各处充当了障碍所致。请注意，这些冷空气的‘触手’向较低纬度地区扩展，带来了更冷的空气和降雪。这些‘触手’蕴含大量能量，可能在美国和/或欧洲各地引发强烈的冬季风暴和北极冷空气爆发。在许多情况下，这些冷空气‘触手’可以反映极地涡旋上部（平流层）的动态。总而言之，极地涡旋是覆盖整个北半球的巨大气旋区域，从地面一直到平流层顶部，甚至更高，达到 50 公里（31 英里）的高度。那么问题来了：为什么我们每年冬天都要关心极地涡旋？答案其实很简单。这个被称为极地涡旋的平流层极地环流，可能意味着一个非常寒冷多雪的冬季或一个温暖干燥的冬季之间的差别。强/稳定的极地涡旋通常意味着极地环流和急流强劲。这会将较冷的空气限制在北极圈内，从而为美国和欧洲大部分地区带来较温和的气候。相比之下，弱且受扰动的极地涡旋会导致急流模式减弱。因此，它难控制冷空气，冷空气可以从极地地区溢出，进入中/低纬度地区。因此，如果您喜欢美国和欧洲温暖的冬季，那么您会更喜欢强劲的极地涡旋。但是，如果您喜欢寒冷和下雪的真正冬季天气，那么弱且受干扰的极地涡旋就是您的最佳选择。由于每年极地涡旋的情况都不同，将查看平流层的最新数据，以及了解新的极地涡旋如何在 2024/2025 年冬季形成。 新的寒冷季节、新的极地涡旋
北极的降温已经开始。在平流层中，降温通常始于 8 月，并在 9 月和 10 月显著增加。最终，平流层在 11 月和 12 月达到最冷的时期，此时极地涡旋通常最为强大。以下是 NASA 对北极上空中层平流层温度的分析图。蓝线代表去年，灰色/白色区域是历史数据。红色方块标记了 9 月份。紫色/橙色线显示最新分析/预测。可以看到，极地涡旋的温度目前比正常水平更冷，但与去年（蓝线）的水平相似。但在橙色线的末端/预测，温度上升到正常水平。在中层平流层约 30 公里（18.5 英里）高度，温度正在快速下降。下图中，可以看到 9 月下旬的温度变化预测，它显示北极及其周边地区持续降温，未来 一星期内（部分地区）温度将大幅下降。但请注意，平流层中有一片区域实际上正在升温。这在一年中的这个季节相对不寻常，也是 NASA 预测显示温度曲线回升至正常水平的原因之一。观察 9 月底的实际气温预报，可以看到一个冷核正在北极圈上空或周边地区形成。这是极地涡旋的核心，温度越低，极地涡旋可能越强大。但也可以看到西伯利亚上空有一部分部分区域温度较低，未遵循常规的季节性降温现象。气压也开始迅速下降。下图显示当前为 10mb 级（30 公里/18 英里高度）位势高度。可以看到一个较小的低压区已经开始在北极圈上空形成。这是即将到来的 2024/2025 年冬季极地涡旋的基础。观察 9 月底的预报中，可以看出极地涡旋已经发展并迅速扩大，规模和影响力迅速增强。随着极地涡旋气压下降，其风速和深度增加。涡旋越强大，它对地面天气的影响也越大。为了更好地了解极地涡旋的发展情况，下方一段高分辨率视频，展示了极地涡旋在平流层中发展的预测数据。观察从同一时间和高度的异常预报，一股高压异常正在阿留申群岛和北极发展。这将导致平流层极地涡旋和平流层风的早期发生变形。说到风，下面的当前预报显示平流层急流正在形成。这被称为“极夜急流”。图片显示的是中层平流层 10mb（30 公里/18 英里高度）的平流层急流。通常，平流层急流在半球周围大致呈较为圆形的分布。但今年，由于周围的气压和温度异常，它呈现出一种不寻常的形状。 平流层中的风
平流层急流在 10mb（约 30 公里/18.5 英里）的强度通常用于确定极地涡旋的强度及其对天气的潜在影响。尤其是在冬季中期，此时极地涡旋通常最强。与长期平均值相比，当前预测显示，9 月剩余时间和 10 月初极地涡旋的强度将低于正常水平。下图显示了 ECMWF 对平流层极地涡旋在 10mb（约 30km/18.5 英里）高度的风速预测。红线表示平均值。可以看到黑色框中标记的 9 月剩余时间和 10 月初。所有预测都低于平均水平，表明极地涡旋的运行强度弱于正常水平，并将在未来几周内持续保持这种状态。在大气层较低的地方，仍然可以看到这些风，称为急流。下图显示了 9 月下旬在约 5 公里（3 英里）高度的风速预测。可以看到下层极地涡旋的形状，以及较弱的急流预报。这表明整体天气环流在多层次上相互连接，形成一个庞大的统一系统。极地涡旋上层和下层的急流较弱，这是因为极地地区存在高压异常。可以在下图中看到这一点，图片显示了大气层较低层的压力异常预报，其中标出了高压区域。ECMWF 的平流层扩展预报也呈现出一个相当有趣的图像，极地涡旋比正常水平弱。下图是 9 月底的温度异常预报。可以看到西伯利亚上空平流层中存在大范围的暖异常区域。总体来看，这表明整个 9 月和 10 月初，平流层极地涡旋将比正常情况弱。那么这对 2024/2025 年冬季来说重要吗？ 9 月份极地涡旋偏弱
当前平流层的情况有些不寻常，因此查看过去 44 年中每年 9 月的月度平流层数据。下方图表展示了各年该月平流层风速的强弱。可以看到，部分年份风速进入了负值区域，意味着当年 9 月极地涡旋较弱。挑选出那些负值特别显著的年份，并研究了随后冬季的平流层异常情况。首先，观察这些年份随后的 1 月/2 月的平流层温度，可以看到极地地区出现了有趣的暖异常。这表明，在冬季中期极地涡旋也会变得较为温暖/较弱。整体来看，由于不同年份数据的混合，异常值较弱。但总体上，这确实表明，继 9 月份平流层风速较弱的年份之后，冬季环流较弱的可能性更高。如果观察平流层同一高度的气压异常，发现情况类似。极地上空的高压异常占主导地位，表明极地涡旋较弱。这告诉我们一个重要信息：9 月份极地涡旋变弱，可能预示着冬季极地涡旋也较弱。虽然数值不高也不强，但它所显示的信号却很明显。综合极地上空这些温度和压力异常的整体背景，就会发现突然平流层变暖事件 (SSW) 的特征。这些高能量事件导致平流层温度和压力快速上升，从而引发低层天气发生变化。 突然平流层变暖事件（SSW）
如上所述，突然平流层变暖事件 (SSW)正如其名称所示，指的是冬季极地平流层温度突然上升。平流层变暖意味着极地涡旋被削弱，并可能在变暖事件的压力下崩溃。平流层极地涡旋的崩解会引发连锁反应，扰乱下层的急流。这通常会在北极圈上空形成高压，并将寒冷的北极空气释放到美国或欧洲。2023 年 2 月发生了这样的典型事件。至少在大多数情况下如此，但并非全部。下方的图像展示了 2023 年 SSW 事件的首日情况，可以看到有一股巨大的暖波在平流层上层和中层蔓延，覆盖了极地地区。结合北太平洋和西北极的平流层高压 (H)，它将极地涡旋 (L) 推离北极并取代。可以看到，受压缩的压缩的极地涡旋被推向了西伯利亚上空（L）。这是因为强大的平流层高压区（H）已经占据了极地地区，并严重扰乱了中高纬度地区的大气环流。这场扰动规模巨大，并蔓延至平流层的大部分区域。尽管那次扰动强烈，但实际影响仍需一段时间才能传导至大气低层并改变我们的日常天气。下图所示的气压模式图是在 SSW 事件发生两周后完全确立的。主要结果是格陵兰岛地区形成了强阻塞高压，而低压系统则从美国移至北大西洋移并进入北欧。这种压力模式是典型的弱涡旋事件。也正如在上文介绍中所述，这使得极地冷空气更容易逃逸至中低纬度地区。从当时的温度异常来看，美国出现了强烈的冷空气爆发。格陵兰岛阻塞系统“帮助”将冷空气推离极地地区，因此，平流层变暖事件使得这些情况在冬季更有可能发生。然而，欧洲并没有出现大规模的寒潮爆发，这也表明平流层变暖事件并不总是会对所有地区产生冷天气的影响。 极地涡旋与 ENSO
即将到来的冬季的一个重要大规模因素是拉尼娜现象。这是热带太平洋特殊区域被称为厄尔尼诺-南方涛动 (ENSO)中的一种暖洋异常。如往期文章中多次讨论了拉尼娜现象阶段及其影响，请参阅有关拉尼娜现象和 ENSO 循环的更多详细信息。此循环的冷相被称为拉尼娜现象，而暖相被称为厄尔尼诺现象。我们目前正处于冷拉尼娜阶段，预计将在未来几周内全面出现。以下是 NMME 模型对深秋和初冬的海洋温度预测。可以看到热带太平洋上有一大片冷异常区域，这就是预计的拉尼娜现象。预计这一现象将持续至 2024/2025 年冬季，并在初春结束。从历史上看，拉尼娜现象冬季有 60-75% 的概率产生平流层变暖事件 (SSW)。在过去和最近的冬季中都曾发生过此类事件。下图展示了按月份和按 ENSO 事件划分的典型 SSW 事件频率。如此所见，拉尼娜现象阶段产生极地涡旋崩溃事件的几率较高。与厄尔尼诺现象相比，拉尼娜现象在冬季发生得也稍晚一些。总体而言，这意味着拉尼娜现象不利于形成强烈的极地涡旋，至少从平均情况来看如此。下图展示了 ENSO 阶段在西半球典型冬季气压异常。第三个示例显示了最有利于削弱极地涡旋并在平流层中引发变暖事件的压力模式。如此所见，典型的拉尼娜现象总体上稍微更有利于极地涡旋的减弱事件，尤其是在阿留申群岛上空的低压区域。这意味着冬季天气模式更容易被打乱，从而为美国和欧洲带来更冷的天气和降雪。强或弱的极地涡旋可以显著改变美国、加拿大和欧洲的冬季天气。但极地涡旋预测并不是一件简单的事情，因为它受到许多小规模和大规模因素的影响。 · END ·
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