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新研究指明北极变暖是如何引发得州寒潮等极端天气的


寒潮 图片来源:pixabay
2021年2月,在全球温度快速上升的大背景下,一股特大寒潮却袭击了北美洲从加拿大到北墨西哥的大部分地区,该寒潮引发的断电问题波及了约1千万人。美国得克萨斯州灾情最为严重,超过125人在灾难中丧生。
美国今年2月份的温度达到了30年来的最低,这场寒潮也成为了全国范围内有记录以来造成损失最大的冬日风暴。
超低温度的出现是由于空气急流向南下沉,急流是存在于地表以上8英里处,伴随着冷热气团交会出现的强风。
急流总体上是从西向东移动,但也可以在垂直方向上长距离移动,从而将某一地区的天气与气候和其他地区连接起来,例如北极和得州。
当我们向池塘中扔石头的时候,我们会看见水波以石头入水点为中心辐射开来。虽然池塘中的波纹和急流的下沉并不是同一类型的波,两者都能够将扰动传播到距离中心较远的地方。
而在此次寒潮事件之中,大气波则是将北极气候变化的影响传播到了部分北美洲地区以及亚洲地区。
在2021年9月2日刊登在《科学》杂志上的一篇文章中,研究人员说明了整个过程,以及为什么2月寒潮等事件在全球变暖的环境下会更有可能发生。这听上去也许让人觉得匪夷所思,但事实确实是如此。
发生在北极的事情并不会仅局限于北极
北极变暖的速度超过了全球其他任何一个地区,是全球平均变暖速度的两倍。
这对当地的气候造成了极大的影响,包括海冰融化,以及西伯利亚秋末时节的冰雪覆盖量增加。
冰与雪是拥有良好反射能力的隔热层,因此冰雪量的改变会极大得改变游走于地表及大气之间的能量和湿气的量,大气对这种变化十分敏感,一旦这种变化累计到一定程度,向上移动的大气波就会向远处传播。

作为隔热层的冰雪 图片来源:pixabay
大气波向上移动进入平流层并影响平流层极地涡旋。平流层极地涡旋是在极地附近、聚集在距地面18英里处中平流层的高速移动的旋风。在大气波的作用下,涡旋会被削弱,并延展开来。

平流层 图片来源:pixabay
极地涡旋虽然会受大气波影响,但它也能够通过影响大气波周围的风场和温度场改变大气波的运动。涡旋延展和更大型涡旋干扰的不同之处在于前者会将上行的大气波反弹回地表,从而影响低海拔的天气模式。
当下行大气波在北美洲上空低海拔区域聚集时,它会造成空气急流向南下沉,使得冷空气进一步向南移动。因此,如同池塘中的水波一样的大气波长距离上下垂直运动,从而将北极和其他地区连接了起来。
检验因果关系
研究人员采取了两种方法来确定以及检验这些天气气候现象之间的关系。
研究人员首先使用了机器学习技术,让计算机通过历史数据训练自己归类相似事件。然后他们分析了一系列延展涡旋事件,并发现了事件发生的普遍顺序。首先,北极表面温度发生改变,平流层极地涡旋也随之发生改变,之后就是垂直移动的大气波在经过几个月的移动后将北极和北美洲以及亚洲联系起来,并在北美洲以及亚洲引发寒潮。北极表面出现的温度变化与北极气候变化中海冰融化以及西伯利亚冰雪覆盖率增加引起的温度变化类似。
接着,研究人员使用大气的电脑模型评估因果关系,并直接测试大气是如何应对北极的气候变化的。模型最终得出的事件发生顺序和观察到的一致。
对观察数据的机器学习分析和计算机模型试验提供的两条独立证据链证实了这一系列的连锁反应。北极地表气候变化引起平流层涡旋变化,并最终引发北美洲和亚洲部分地区的寒潮。
研究结果的意义
这次研究强调了有关气候变化的两个重要事实:一、不是只发生在你家后院的变化才会对你造成巨大影响;二、预料之外的后果可能非常严重。
在此次事件中,北极发生的巨大变化影响的不仅仅是当地,更是北美洲和亚洲部分地区,而这些影响有时往往难以预料。这次的研究结果再一次强调了为什么我们应该快速采取行动减少温室气体排放,缓解全球变暖,并且寻找应对超低温或超高温等极端天气的更好策略。
撰文:Mathew Barlow, Judah Cohen
翻译:先雨
审校:殷姝雅
引进来源:theconversation
本文来自:中国数字科技馆
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