為什么會(huì )有寒潮？專(zhuān)家為你解疑答惑

今年第一波寒潮的后勁剛過(guò)，第二波寒潮又來(lái)了。寒潮，是指大規模強冷空氣的南下活動(dòng)過(guò)程。根據我國《冷空氣等級》標準規定，某地冷空氣過(guò)境后，氣溫在24小時(shí)內下降8℃或48小時(shí)內下降10℃，并且日最低氣溫在4℃以下，才可稱(chēng)為一次寒潮過(guò)程。為什么會(huì )有寒潮?不是說(shuō)全球在變暖嗎，為啥還寒潮頻發(fā)?這些問(wèn)題，我們來(lái)一一回答。

寒潮起源于哪里?

一切的根源都得從太陽(yáng)輻射講起。由于地球是個(gè)球體，不同緯度接收到的太陽(yáng)輻射能量是不同的：赤道多、兩極少，所以赤道溫度高，而地處高緯的北極地區溫度低。特別是冬季，太陽(yáng)直射點(diǎn)位于南半球，北極地區出現極夜現象，氣溫一般低于-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(fēng)帶有關(guān)。西風(fēng)帶的形成可以簡(jiǎn)單敘述為：赤道地區暖空氣上升，在高空向兩極運動(dòng)，由于受到地球自西向東自轉運動(dòng)的影響，暖空氣在向北運動(dòng)的過(guò)程中同時(shí)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(fēng)帶。

強大的西風(fēng)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(kāi)極區。但如果西風(fēng)帶強度減弱，原本拉緊的“皮筋兒”變得松弛，就容易產(chǎn)生波動(dòng)，形成南北移動(dòng)的經(jīng)向氣流，此時(shí)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著(zhù)的北冰洋。由于陸地降溫比水體更快，冬季時(shí)歐亞大陸的氣溫更是急劇下降。來(lái)自北冰洋洋面上的冷空氣在南下過(guò)程中，常常會(huì )經(jīng)過(guò)我國北部的西伯利亞中部地區，并在那里聚集加強——這個(gè)地區被稱(chēng)為“寒潮關(guān)鍵區”(70°～90°E，43°～65°N)。當冷空氣“醞釀”至一定強度后，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(guò)后，寒潮關(guān)鍵區的冷空氣庫存就減少一部分，從而開(kāi)始醞釀新的冷空氣，等待下一次爆發(fā)時(shí)刻的到來(lái)。

寒潮如何南下?

從上面的敘述中，我們可以知道，寒潮來(lái)不來(lái)，一看冷空氣，二看西風(fēng)帶。那西風(fēng)帶上都要看些什么呢?有經(jīng)驗的預報員告訴你：“看槽脊波動(dòng)。”

西風(fēng)帶原本是條近乎平直的穩定東行的緯向氣流，當氣流發(fā)生波動(dòng)時(shí)，我們把向南凹的部分稱(chēng)為“槽”，向北凸的部分稱(chēng)作“脊”。西風(fēng)帶上“槽”的形成與冷空氣的向南移動(dòng)有關(guān)，而“脊”的形成往往意味著(zhù)中緯度地區有暖空氣向北發(fā)展。當“脊”不斷向北發(fā)展，其南部與南方暖空氣的聯(lián)系被中高緯度冷空氣截斷后，將會(huì )形成一個(gè)閉合的暖中心，稱(chēng)為“阻塞高壓”。

這種阻塞高壓穩定少動(dòng)，持續時(shí)間長(cháng)，它破壞了西風(fēng)帶環(huán)流，有利于波動(dòng)的形成和發(fā)展，即南北向氣流的發(fā)展，從而給冷空氣的南下打開(kāi)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于寒潮關(guān)鍵區的西側。當烏拉爾阻塞高壓不斷向北發(fā)展，使得西風(fēng)氣流在歐亞地區呈現“Ω”形態(tài)，暖脊帶領(lǐng)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(guān)鍵區?？梢哉f(shuō)，烏拉爾阻塞高壓是聯(lián)系北極冷空氣與我國大陸的重要橋梁。

全球變暖為啥還寒潮頻發(fā)?

研究表明，全球變暖促進(jìn)了冷空氣南下。

寒潮的發(fā)展與爆發(fā)和西風(fēng)帶密切相關(guān)。而西風(fēng)帶這根“皮筋兒”的松緊，則由南北緯向溫度梯度決定。南北溫度差異大，西風(fēng)帶強，反之，西風(fēng)帶弱，容易出現波動(dòng)。

在過(guò)去的100年中，全球整體溫度持續升高，而在近幾十年中，北極地區正在經(jīng)歷比全球其他地區更快的變暖，這一過(guò)程稱(chēng)為“北極放大效應”。這種溫度變化趨勢使得南北溫度梯度減小，從而減弱西風(fēng)帶環(huán)流。

在這種情況下，形成于西風(fēng)帶南部的阻塞高壓更加容易深入北極地區。同時(shí)在氣候變暖的背景下，阻塞高壓的維持時(shí)間越來(lái)越長(cháng)，并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(fā)生往往是由多個(gè)大氣系統協(xié)同作用的結果。近日，中國科學(xué)院大氣物理研究所的姚遙副研究員和張文其博士關(guān)于2021年初我國極端寒潮天氣的研究成果發(fā)表在《Advances in Atmospheric Sciences》雜志上。研究結果表明，2020年秋到2021年初冬，在烏拉爾山連續發(fā)生了幾次阻塞過(guò)程。

當暖脊向北發(fā)展時(shí)，所攜帶的暖空氣會(huì )導致北冰洋地區的海冰持續減少，從而增暖北極地區。同時(shí)當年又出現了拉尼娜現象，即赤道太平洋中東地區的海溫下降。這樣的協(xié)同作用，進(jìn)一步促進(jìn)了南北緯向溫度梯度的減弱，從而導致西風(fēng)帶的減弱，有利于極端寒潮事件的發(fā)生。

(陳可鑫 作者系中國科學(xué)院大氣物理研究所博士生)

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關(guān)鍵詞： 寒潮 起源 北極 冷空氣