冷事件频发背后的热思考

文章来源:中国气象报 作者: 日期:2021/1/14 0:00

极地涡旋简称极涡,是极地(包括南极和北极)高空冷性大尺度低压系统。通常,在北半球的冬季,极地涡旋会变得不稳定并扩大,并将寒冷的北极冷空气随急流向南输送到北美以及欧亚等地区。极涡的位置、强度以及移动不仅对极地,而且对高纬地区的天气都有明显影响。图/文李慧

是不是觉得今年冬天格外冷?如果是,那没错。国家气候中心已明确,入冬以来,我国平均气温较常年同期偏低0.6℃,是2013年以来第二冷的冬天。西班牙、日本等国也出现“霸王级”寒潮。与此同时,“冰火两重天”正在上演——眼下,南半球的澳大利亚正出现大范围高温,地表温度大多超过50℃。

在我国气温骤降的日子里,本版带您进一步了解全球变暖的背景、机理和影响。这背后的答案,可能没你想的那么简单。本期专家顾问:中国工程院院士 丁一汇、国家气候中心气候预测室研究员袁媛。

背景

北极变暖:冷空气有了出口

1月6日,人们还没从前一次跨年寒潮中缓过来,新年的“霸王级”寒潮便横扫我国,西班牙、日本等国均未能幸免。

在北半球经历“霸王级”寒潮的同时,南半球的澳大利亚却在经历一场“史诗级”的高温热浪,地表温度大多超过50℃,其中,西澳大利亚州部分地表温度超过65℃,正所谓南北“冰火两重天”。高温热浪带来干燥天气,正是2020年持续9个月的澳大利亚山火的“幕后推手”之一。

“霸王级”寒潮事件频现,而我们听到的却是“气候变暖”的警告,这是为啥?丁一汇认为,两者之间并不矛盾,这恰恰是人类活动导致全球变暖的具体体现——气候极端化,即极端低温和极端高温事件更多、强度更强、破坏性更大。

此前,IPCC第五次评估报告提出,全球气候变暖的背景下,低温极端事件在减少。丁一汇表示,确实如此,冷事件总体呈现减少趋势,对我国来讲是发生在1980年至2000年间的暖气候期,那段时间很少有强烈的极端冷事件发生。

我们知道,大范围影响北半球的冷空气多从北极地区“出发”。正常情况下,极地地区好比一个巨大的羊圈,可以牢牢圈住那些“搞事情”的小羊——冷空气。可是,在全球变暖背景下,极地升温破坏了原本牢固的羊圈。羊圈的围栏就是西风带,如果赤道与北极的温度梯度减弱,围栏就不牢固了,羊群很容易冲破羊圈,一路蹦跳,南下捣乱。气候变暖,就是使得这群羊有更多的机会出来“搞事情”。

因此,这次“霸王级”寒潮和2016年1月下旬的“世纪寒潮”并非意外事件,都是由于南北温度梯度造成的围栏减弱,故而出现羊群冲破北极圈南下的结果。

实际上,不管是“霸王级”寒潮,还是“史诗级”高温热浪,其背后“元凶”都是气候变暖导致的气候极端化,它体现在冬季极端寒潮低温事件强度大,夏季高温热浪增多且影响范围更广。以此次北半球寒潮为例,它是北极明显增温的必然结果。

如果人类不采取有效措施阻止地球继续升温,那么,未来极端化气候将带来更严酷的夏季高温热浪和冬季极端寒潮事件。目前,我国的高温热浪基本还在长江中下游以及江淮黄淮,如果任其发展,高温热浪可能波及华北,甚至更北的地区。(简菊芳)

主因

极地涡旋:冷空气南下的推手

最近寒潮事件的发生,与极地涡旋密切相关。由于赤道和两极之间存在巨大温差,在每个极点都有一个持续的大规模低压区,呈气旋状运动。这两个区域就是极地涡旋,它始于大气层上方几公里处,并延伸到平流层。

极地涡旋就像家长一般,可以管住冷空气这个不听话的“孩子”。北极与赤道之间的温差越大,极地涡旋的能量就越稳定,就越能避免冷空气到处乱跑,将其牢牢锁定在极地。然而,全球变暖正在改变这一格局。

北极作为巨大的冷源,是地球“空调系统”的关键部分,它将太阳的能量反射回太空并使北极地区的温度保持在较低水平。然而,北极也是对气候变暖最敏感的地区之一。研究发现,北极地区的气温上升速度至少是全球平均水平的2倍。《2020年北极报告单》指出,去年北极夏季海冰范围创过去42年有卫星记录以来的历史第二小,仅次于2012年夏季。目前,北极正上演一场“冰与火之歌”:北冰洋变暖,格陵兰的冰盖加速融化,每年夏季整个苔原野火肆虐……

北极变暖后,极地涡旋对冷空气的束缚力减弱。这时,缺乏“管束”的冷空气便开始变得不稳定,原本集中在一个中心的冷空气会分裂成两个以上的环流,甚至碎裂。“逃逸”的冷空气故而大举南下,向美国、欧洲和亚洲地区入侵。

过去40年,极地涡旋的偏弱趋势逐渐明显,尤其是近年来愈发明显地出现分裂。因此,欧亚或北美不时有寒潮侵袭也就不足为奇了。

此外,极地涡旋可能还有一个“帮手”——拉尼娜。2020年10月底,世界气象组织宣告一次中等到强级别的拉尼娜事件形成,并可能持续到今年第一季度。拉尼娜往往与整体“更冷的冬天”连在一起。在多数拉尼娜年,冬季欧亚中高纬大气环流经向度较大,影响我国的冷空气比常年更加频繁,且强度偏强,我国中东部大部地区气温较常年同期偏低的概率也较大。

然而,每次拉尼娜事件的影响也不尽相同,不是每个拉尼娜年我国冬季平均气温都偏低。

东亚区域处于中纬度,除了极地涡旋和拉尼娜事件外,北大西洋涛动、北极涛动和南极涛动等都会对其造成影响,因此准确预测冬季气候和做冬季气候异常归因分析具有较高难度。

此外,近日有研究发现,北极上空的平流层突然升温,导致该地区极地涡旋被分裂成两块,从西北欧到西伯利亚的广大区域都有可能遭遇极端恶劣的严寒天气。2018年2月袭击整个欧洲的寒潮就是由于平流层突然升温导致极地涡旋分裂引起的。因此,今年冬季北半球多地天气恐怕会受到重大影响。(吴鹏)

辨析

极端事件:颠覆冷与暖的直觉?

全球变暖,似乎正在以“甩出”一个个极端天气气候事件的方式,重塑我们关于“冷”与“暖”的直觉。今年1月这一次,它给我们讲解的主题是“地球气候变暖了,极端寒潮增加了”。

其实,气候变暖开讲的这堂课不只发生在中国,与中国“共享”一个北极、同在北半球中纬度地区的欧洲和美国,也有极为相似的经历。

说几次让人记忆犹新的欧美大寒潮——

有的是暖冬中蹿出的世纪寒潮——2019年1月,寒潮席卷美国北部平原和中西部部分地区,美国冷出“新高度”,风寒指数降至-60。然而,尽管遇上一个“创世纪的北极气团”,该月美国的平均温度仍比正常温度高了近3华氏度,2019年1月也是有记录以来全球第三温暖的一月。

有的是北极的暖造成了欧洲的冷——2018年2月,极寒天气席卷欧洲,而直接导致这次寒潮的,就是北极平流层突然出现的“暖”。

我们该如何看待这种“反直觉”的冷暖并存?

确实,全球气候变暖使冬季总体上不那么严酷,从数据可以明显看出这种现象。在美国,1910年至1980年,美国的陆地在冬季经常经历寒潮天气,但是自1990年以来,这种迹象正明显减少。在中国,近几十年来,寒潮过程频次呈明显减少趋势,1961年至2020年,中国年区域性寒潮过程减少速率为0.36次/10年,这种变化趋势在一定程度上受到了气候变暖的影响。

但是,在气候变暖的大背景下,天气气候不像原来只是小幅度异常、在平均值附近摆动,而是偏离平均态越来越远,振幅越来越大。同时,“怪天气”也越来越多。虽然,IPCC第五次评估报告指出,全球极端冷事件将会减少,但是,这只是一个平均状态,在整体变暖的状态下并不排除某些地区在某些时段会变得更加寒冷。

地球正在变暖,人们穿羽绒服和雪地靴可能不如以前那么频繁,但却可能需要买比以前更厚的羽绒服和雪地靴。即使全球变暖持续,我们仍然会遇到寒冷天气。(卢健)

延伸

气候突变:真的会发生吗?

自2020年入冬以来,多次出现的寒潮天气让人们除了感到“冷冷冷”外,不禁疑惑《后天》等电影中的气候突变是否真的会发生。

在漫长的地球历史中,气候变化时而缓慢,时而剧烈,在经历一段稳定的气候期后,经常会在几百年甚至几十年中出现急剧转变,这被称为“气候突变”。突然的降温事件(冷事件),是气候突变最为常见的表现形式。

科学研究也显示,气候突变很难避免。在树木年轮、海底沉积物、冰芯等记录历史气候的自然档案中,都发现了气候突变的痕迹。在某些地区,气温变化曾大于16℃,几十年内降水发生很大波动,并持续一个世纪之久,甚至更长时间,例如“新仙女木事件”。

气候突变为何会发生?气候突变的形成须具备一个基本要素,即必须快速改变气候系统成员(如海洋通量)正在缓慢运作的状态。据推测,发生气候突变至少需要有一个导致突破阈值(可能引起气候事件)的触发器或混沌扰动,一个加大和传播小的或局地变化影响的放大器和全球传播器,还要有一种使变化了的气候状态持续几百年或上千年的源。

气候突变在什么情况下会发生?据研究,至少会以三种不同的方式发生。

第一种是当气候系统之外的参数或强迫力的突然变化。如由于某一冰川湖淡水突然涌入海洋,就可能改变北大西洋的表面环流,从而改变其临近区域的气候。火山爆发或大规模核战争也属于这一类。

第二种是外力的缓慢变化使气候系统越过突变的界限,进而向第二个系统平衡状态过渡。如由于地球轨道周期性变化引起的冰川及温暖条件的振荡范围较大,影响季节性太阳辐射分布,使厄尔尼诺、季风及全球大气环流突然改变。

第三种是气候系统本身内部混沌过程产生的突然变化。如热带海洋大气动力改变造成的区域性或全球性后果。

那么,问题来了,全球变暖会导致气候突变吗?

根据IPCC评估报告,大气中持续增长的碳排放量正在加速改变地球气候系统,大幅增加了超过气候突变临界点的可能性。

当然,我们也不必过于焦虑,自人类文明蓬勃发展的全新世以来,发生过八九次气候突变,其时间间隔约1000年至1500年。距我们最近的一次就是小冰河期,其结束时间在100年至150年前。科学家预测,在接下来的百年内,基本上不太可能发生气候突变。(张明禄)

(来源:《中国气象报》2021年1月14日四版 责任编辑:王美丽)


编辑:林肯
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