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系，結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)得更加頻繁的實證原因。最后，通過對模型結果的分析，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州和南北達科塔州等部分地區(qū)達到了零下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1-2米左右，局地厚度甚至達到了3米，極寒天氣籠罩了歐洲。這次的歐美寒潮引發(fā)了一波關于全球變暖的熱議，迫使許多機構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行了詳細的解釋：“極地渦旋”近來穩(wěn)定性失衡，導致本應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系。并利用收集整理得到的相關數(shù)據(jù)建立相應的解釋模型，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雜，其閉合中心有時會分裂成若干個，當偏離極地南下移動時，就會導致極端天氣增多。

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次強寒潮過程都與極渦在亞洲上空的位置明顯偏南相關。[3]

1.2 極寒天氣與氣候變化的關系

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，將其向南推動到歐洲、亞洲和美國。在美國氣象學會期刊上發(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，就會形成一個很強的西風帶，環(huán)繞包裹著北極渦旋，就出現(xiàn)了所謂的“北極增暖效應”，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。當全球增暖時，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，西風帶減弱，極渦變得不穩(wěn)定，原本平直的西風帶就會成波浪狀，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系，結果表明，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)?、波動性增強。[11]而這種全球變暖的不均衡性較之前變得更強烈，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）。

本模型初步設立為平均海洋表面溫度彈性（E）關于北極地區(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，模型結構為：

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更是達到了4.7和9.4。當彈性大于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（即能量獲取）更加不平衡，北極會獲得更多的能量，進而對原有的北極渦旋結構造成更大的沖擊，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)象的關系

“極寒天氣”的出現(xiàn)，與氣候變化之間有關系。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，而北極增暖效應就恰好導致了該現(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（即能量獲取）的平衡差異，進而分析原有的北極渦旋結構可能遭受的沖擊，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而有力地證明了這一點。

3 結論

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。

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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，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，研究方向：泛函分析和先進PID控制

基金項目：西南民族大學中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助（82001564）.