2021 年 7 月 9 日，在加利福尼亚州死亡谷，地球上有史以来可证实的最高温度达到 54.4 摄氏度(130 华氏度)，这距离亚洲和美国创纪录的低温仅数月之久。在酷热中，地球迅速变暖的结果是显而易见的。在暴风雪中，更难理解全球变暖是如何导致如此寒冷的。一个国际研究小组检查了过去冬天的三个极端事件，以阐明这种温度和天气波动的机制。
他们在《大气科学进展》上发表了他们的研究结果。
“要解决的首要问题是为什么近几十年来极端天气事件在气候变暖的情况下更频繁地发生，以及北极变暖的放大是否起主导作用，”第一作者，该大学气候与大气科学教授张向东说。阿拉斯加费尔班克斯。“2020-21 年冬季的极端事件提供了一个独特的机会来检查是什么物理过程或机制驱动了这些事件。”
研究人员检查了 2020 年 12 月下旬至 2021 年 1 月中旬在中国爆发的两次创纪录的冷空气暴发，在此期间北京和天津都经历了 54 年来的最低气温(-19.7°C (-3.46°F) 和 -19.9°F) C (-3.82°F)，分别)。他们还考虑了 2021 年 2 月袭击北美中西部和南部深处的历史性寒冷，导致德克萨斯州近一个世纪以来最冷的记录温度(-13.3°C (8°F) 和 -8.3°C (17°F) F)分别在奥斯汀和休斯顿)。
将 2020-21 年冬季与过去 42 个冬季进行比较，研究人员使用现有的观测数据和模拟模型来解析海洋和大气事件可能如何导致极端天气。我们调查的天气事件是间歇性的——它们并不是每年都会发生，”共同作者、美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 太平洋海洋环境实验室的研究海洋学家 James Overland 说，“这是因为它们是由新的全球变暖和急流和极地涡旋中极端但自然发生的先兆天气条件的结合。”
极地涡旋——以地球两极为中心的大气中的低压冷空气——在地球的急流(包括从西向东流动的气流)的帮助下，在冬季使北半球的气温下降。张说，大气上层温度突然升高，称为平流层突然变暖，可以彻底改变极地涡旋和急流的行为和相互作用。当海洋温度和北冰洋海冰变化复杂时，由此产生的天气会变得更加极端。
“三个海盆同时出现异常的海洋热条件和大气动力学的相互作用，将半球尺度的、系统的大气环流或天气模式变化推向了极其异常的状态，”
尽管所有三个事件都与突然的平流层变暖事件有关，但每个事件的下游影响都不同。在第一次东亚事件中，极地冷空气调节中纬度急流，引导冷空气南下;在第二个事件中，极地涡旋分裂，加深了一个低压区域，并与较冷的北极空气一起循环;在北美事件中，极地涡旋也被分裂，但在这种情况下，低层大气在南方更深的地方沉降，对强烈的冷空气施加压力。
“在归因于极端事件的因素时，我们应该有一个广泛的观点来把握大局，”共同作者、芬兰芬兰气象研究所的研究教授蒂莫·维赫马说。“它可能由在半球尺度上相互远离的几个因素的复杂相互作用组成。”
合著者、德国亥姆霍兹极地和海洋研究中心阿尔弗雷德韦格纳研究所的高级科学家安妮特·林克进一步解释说，极端冬季天气事件通常是由“远程”因素驱动的。
“研究表明，除了大规模大气环流之外，海洋温度的异常可以在极端天气事件中发挥关键作用，”林克说。
研究人员计划继续研究大气事件如何抢占和影响极端天气。
“在冷空气活动中，云和降水及其相关的潜热可能会发生变化，但对此缺乏观察，”合著者、理科大学地球与空间科学学院教授付云飞说。和中国技术。“卫星遥感可以提供帮助，包括验证模型模拟，这可以帮助预测前兆事件如何影响东亚季风季节等事件。”
“通过研究这些破纪录的寒流，我们可以看到极端天气事件的‘大局’。”合著者、中国科学院大气物理研究所科学家韩哲说。“虽然事件可能不同，但它们可能具有相似的潜在机制，这与全球变暖有关。随着气候变暖，北极地区的放大和海洋热异常加剧可能与大气环流相互作用，如极地涡旋和平流层突然变暖，导致极冷或极热事件的发生。”
