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        淺析全球變暖與局地極寒現(xiàn)象間的關(guān)系

        2020-12-23 04:53:54胡瓊輝宋榮榮
        西部論叢 2020年15期
        關(guān)鍵詞:氣候變化

        胡瓊輝 宋榮榮

        摘 要:近些年來,全球變暖不僅正在發(fā)生,而且已在全球范圍內(nèi)造成了巨大危害,如海平面上升淹沒沿海地區(qū),洪澇、干旱等極端天氣事件頻發(fā)等;但與此同時,局部地區(qū)的極寒現(xiàn)象也多次發(fā)生。為研究“極寒天氣”這種極端氣象的出現(xiàn)與氣候變化有無關(guān)系以及說明全球變暖和局地極寒現(xiàn)象的出現(xiàn)之間是否矛盾。首先,引入“極地渦旋”的概念,從氣候推動“極地渦旋”產(chǎn)生移動來說明“極寒天氣”的出現(xiàn)與氣候變化之間的關(guān)系,結(jié)論表明恰恰是氣候變暖造成了極寒天氣的出現(xiàn)。其次,以海洋表面溫度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了解釋極寒天氣的間接模型,通過剖析北極地區(qū)相對于中緯度地區(qū)的平均海洋表面溫度彈性E,最終得出了極寒天氣在北半球的高中緯度地區(qū)出現(xiàn)得更加頻繁的實(shí)證原因。最后,通過對模型結(jié)果的分析,發(fā)現(xiàn)全球變暖和局部“極寒天氣”的出現(xiàn)之間并不矛盾。

        關(guān)鍵詞:全球變暖;極寒天氣;極地渦旋;氣候變化

        根據(jù)歐盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,過去5年全球平均氣溫相比工業(yè)化之前已經(jīng)上升了1.1℃。無獨(dú)有偶,世界氣象組織去年指出,全球變暖趨勢仍在繼續(xù),有記錄以來20個最熱年份都出現(xiàn)在過去22年,其中最近4年包攬了排行榜的前4位。[1]此外,2019年1月3日以來,美國中部、中東部、東南部和中西部等地區(qū),連續(xù)遭遇極寒天氣影響,大雪、暴雪、暴風(fēng)雪連連不斷,氣溫也連創(chuàng)歷史新低,1月30日,中西部地區(qū)的最低氣溫竟然達(dá)到-48℃左右。根據(jù)美國氣象部門檢測,氣溫在中西部明尼蘇達(dá)州和南北達(dá)科塔州等部分地區(qū)達(dá)到了零下45℃。同時,加拿大、德國、法國、英國、奧地利和俄羅斯等多國也相繼出現(xiàn)了大到暴雪,積雪厚度達(dá)1-2米左右,局地厚度甚至達(dá)到了3米,極寒天氣籠罩了歐洲。這次的歐美寒潮引發(fā)了一波關(guān)于全球變暖的熱議,迫使許多機(jī)構(gòu)再次重申局部極寒天氣不等于全球氣候的道理。此外,美國國家海洋和大氣管理局對寒潮進(jìn)行了詳細(xì)的解釋:“極地渦旋”近來穩(wěn)定性失衡,導(dǎo)致本應(yīng)在北極上空的冷空氣南下,侵入美國上空,帶來了寒潮;但此次“極地渦旋”不穩(wěn)定的原因目前難以追溯。從全球范圍看,全球變暖仍是大勢所趨。

        本文主要通過引入“極地渦旋”的概念,來說明“極寒天氣”這種極端氣象的出現(xiàn),與氣候變化之間的關(guān)系。并利用收集整理得到的相關(guān)數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的解釋模型,來說明全球變暖和局地極寒現(xiàn)象的出現(xiàn)之間是否存在矛盾。

        1 極寒天氣與氣候變化

        1.1 極地渦旋

        地球南北兩極的地磁將來自宇宙的冷氣阻擋在地球之外,但同時使南北兩個地極上空形成極地漩渦,氣象學(xué)稱之為極地渦旋(polarvortex),簡稱極渦,是極地高空冷性大型渦旋系統(tǒng)和極區(qū)大氣環(huán)流的組成部分,其所處位置、渦旋強(qiáng)度和移動路徑會對極區(qū)和高緯地區(qū)的天氣產(chǎn)生重要影響。[2]原因在于,極地是地球的冷極,相應(yīng)地極地上空的大氣就成為了全球大氣的冷源,因而在極地低空形成冷性高壓,在極地上空則形成冷性低壓。

        極渦的位置和活動范圍時有變化,在冬半年尤其活躍;極渦的活動演變比較復(fù)雜,其閉合中心有時會分裂成若干個,當(dāng)偏離極地南下移動時,就會導(dǎo)致極端天氣增多。

        據(jù)統(tǒng)計,在總計10個冬半年里影響我國的171次寒潮中,有102次是亞洲上空出現(xiàn)持久極渦,其中6次強(qiáng)寒潮過程都與極渦在亞洲上空的位置明顯偏南相關(guān)。[3]

        1.2 極寒天氣與氣候變化的關(guān)系

        極地渦旋持續(xù)和大規(guī)模存在于對流層上部和平流層中部,原先保持著相對穩(wěn)定,但全球變暖后,由原有的穩(wěn)定轉(zhuǎn)趨活躍,有可能出現(xiàn)小渦旋,北極極地漩渦產(chǎn)生的小渦旋往南偏移,就會造成某一個區(qū)域被“速凍”。當(dāng)暖濕空氣侵入北極圈時,它會削弱極地旋渦的威力,擠壓冷氣團(tuán),將其向南推動到歐洲、亞洲和美國。在美國氣象學(xué)會期刊上發(fā)表的一篇研究論文中提出了這方面的證據(jù),氣候變化促成更加極端的極地旋渦南移現(xiàn)象,向更低維度的地區(qū)“投放”冷空氣。此前一些研究也表明,北極地區(qū)的快速升溫可能導(dǎo)致更加不穩(wěn)定的氣流,造成更多的的極端天氣現(xiàn)象。

        渦旋的穩(wěn)定依賴于溫差。以北極渦旋為例,當(dāng)南邊溫度很高,北邊溫度很低時,中間會形成溫度梯度,就會形成一個很強(qiáng)的西風(fēng)帶,環(huán)繞包裹著北極渦旋,就出現(xiàn)了所謂的“北極增暖效應(yīng)”,也就是說北極地區(qū)的增暖是全球平均增暖的數(shù)倍,故又稱之為北極放大效應(yīng)。當(dāng)全球增暖時,北極會增暖更多,這樣一來,南北的溫差就會減少,梯度也就下降,西風(fēng)帶減弱,極渦變得不穩(wěn)定,原本平直的西風(fēng)帶就會成波浪狀,暖空氣向北,冷空氣向南,北極渦旋就會攜帶著寒冷空氣南下侵襲宜居的中緯度地區(qū)。[10]

        因此,通過引入“極地渦旋”的概念,從氣候推動“極地渦旋”產(chǎn)生移動來分析“極寒天氣”的出現(xiàn)與氣候變化之間的關(guān)系,結(jié)果表明,恰恰是氣候變暖造成極寒天氣的出現(xiàn)。

        2 全球變暖和局地極寒現(xiàn)象

        2.1 極寒天氣的解釋模型

        極寒天氣的其中一種解釋是,存在于北極的渦旋因為全球變暖的不均衡性而穩(wěn)定性變?nèi)?、波動性增?qiáng)。[11]而這種全球變暖的不均衡性較之前變得更強(qiáng)烈,是可以借由已獲取的洋表面溫度(SST)(具體數(shù)據(jù)見附件1)數(shù)據(jù)集合來予以證明的。北極地區(qū)使用數(shù)據(jù)組中1-11來獲取北緯68°以上的海洋表面溫度(SST),中緯度地區(qū)則使用數(shù)據(jù)組中15-30來獲取60°N-30°N的范圍(具體數(shù)據(jù)見附件2)。

        首先,抽取{1854,1864,1874,…,2014,2019}這一年份集合中的北極地區(qū)海洋表面溫度(SST)數(shù)據(jù);然后,抽取{1854,1864,1874,…,2014,2019}這一年份集合中的中緯度地區(qū)海洋表面溫度(SST)數(shù)據(jù);最后,計算出北極地區(qū)、中緯度地區(qū)的海洋表面溫度(SST)數(shù)據(jù),因為除了2019年和2014年外,其他年份間都是以10年為間隔的,所以這里2019年的數(shù)據(jù)需要做加倍化的調(diào)整(具體數(shù)據(jù)見附件2)。

        本模型初步設(shè)立為平均海洋表面溫度彈性(E)關(guān)于北極地區(qū)和中緯度地區(qū)海洋表面溫度(SST)數(shù)據(jù)的一個二元線性模型,模型結(jié)構(gòu)為:

        其中,SSTM表示北極地區(qū)海洋表面溫度數(shù)據(jù),SSTN表示中緯度地區(qū)海洋表面溫度數(shù)據(jù)。

        結(jié)果發(fā)現(xiàn):1944年之前,該彈性E基本都小于1;1944年以后則大都大于1;在2014年和2019年的彈性E更是達(dá)到了4.7和9.4。當(dāng)彈性大于1時,在海洋表面溫度(SST)的增長上,北極地區(qū)相對中緯度而言更加敏感,兩個海洋區(qū)域的溫度分配(即能量獲?。└硬黄胶?,北極會獲得更多的能量,進(jìn)而對原有的北極渦旋結(jié)構(gòu)造成更大的沖擊,使得近些年的極寒天氣在北半球的高中緯度地區(qū)出現(xiàn)的更加頻繁。

        2.2 全球變暖和局地極寒現(xiàn)象的關(guān)系

        “極寒天氣”的出現(xiàn),與氣候變化之間有關(guān)系。氣候變暖后,暖濕空氣侵入北極圈削弱極地旋渦的威力,將冷氣團(tuán)推動到歐洲、亞洲和美國,造成“極寒天氣”現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外,北極地區(qū)的快速升溫可能導(dǎo)致更加不穩(wěn)定的氣流,造成更多的的極端天氣現(xiàn)象,而北極增暖效應(yīng)就恰好導(dǎo)致了該現(xiàn)象的惡化,使寒冷空氣一路侵襲至中緯度地區(qū)。

        利用海洋表面溫度數(shù)據(jù)可以建立極寒天氣的解釋模型。該模型通過剖析北極地區(qū)相對于中緯度地區(qū)的平均海洋表面溫度彈性E,來分析兩個海洋區(qū)域溫度分配(即能量獲?。┑钠胶獠町悾M(jìn)而分析原有的北極渦旋結(jié)構(gòu)可能遭受的沖擊,最終得出了極寒天氣在北半球的高中緯度地區(qū)出現(xiàn)得更加頻繁的實(shí)證原因。

        全球變暖和局部“極寒天氣”的出現(xiàn)之間并不矛盾,“極地渦旋”模型和利用海洋表面溫度數(shù)據(jù)可以建立說明極寒天氣的間接模型都詳細(xì)而有力地證明了這一點(diǎn)。

        3 結(jié)論

        全球變暖是一個非常開放的問題,氣候變化所帶來的影響也有很多,包括對生態(tài)生物系統(tǒng)的影響、人類社會生活的影響、社會經(jīng)濟(jì)活動的影響。同時,解釋模型的選取也是多種多樣的,所獲得的結(jié)論也可以是各不相同的。

        本文主要研究了三個問題:“極寒天氣”的出現(xiàn)與氣候變化之間是否有關(guān)系,如何說明“極寒天氣”發(fā)生的原因與規(guī)律,以及全球變暖與局部“極寒天氣”之間是否存在矛盾。

        首先,在引入“極地渦旋”的概念后,從氣候推動“極地渦旋”產(chǎn)生移動來說明“極寒天氣”的出現(xiàn)與氣候變化之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)恰恰是氣候變暖造成了極寒天氣的出現(xiàn);其次,本文采用了以海洋表面溫度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的說明極寒天氣的間接模型,通過剖析北極地區(qū)相對于中緯度地區(qū)的平均海洋表面溫度彈性E,最終得出了極寒天氣在北半球的高中緯度地區(qū)出現(xiàn)得更加頻繁的實(shí)證原因;最后,借由前兩個問題的答案有力地回答了第三個問題,即全球變暖和局部“極寒天氣”的出現(xiàn)之間并不矛盾。

        參考文獻(xiàn)

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        作者簡介:胡瓊輝(1997-),女,漢族,四川,碩士研究生,西南民族大學(xué),研究方向:人口與可持續(xù)發(fā)展,

        通訊作者:宋榮榮(1979-),女,漢族,山東,副教授,博士,,西南民族大學(xué),研究方向:泛函分析和先進(jìn)PID控制

        基金項目:西南民族大學(xué)中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金資助(82001564).

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