平流层突然变暖即将发生，在未来几周内增加降雪风险

诸平

据英国布里斯托大学（University of Bristol）2021年1月5日（当地时间）提供的消息，由于平流层突然变暖即将发生，在未来几周内会增加降雪风险。相关研究结果已经在《地球物理研究杂志:大气》（Journal of Geophysical Research: Atmospheres）2020年12月25日发表——Richard J. Hall, Daniel M. Mitchell, William J.M Seviour, Corwin J. Wright. Tracking the stratosphere – to - surface impact of Sudden Stratospheric Warmings, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, (2020). DOI: 10.1029/2020JD033881. First published: 25 December 2020, https://doi.org/10.1029/2020JD033881

Fig. 1 The stratospheric potential vorticity field on 10th February 2018. The Stratospheric Polar Vortex is about to split in two, and the weakening of the vortex was followed around two weeks later by a severe cold air outbreak over Europe known as the Beast from the East. Data from ERA-Interim reanalysis (Dee et al., 2011). Credit: University of Bristol

2018年2月10日的平流层位涡场(见图1所示)。同温层的极地涡旋即将分裂为两部分，涡旋减弱后大约两周，欧洲上空爆发了一场被称为“东方野兽”的严重冷空气。详见迪伊等人2011年的研究报道（Dee et al., 2011）。

由英国布里斯托尔大学、埃克塞特大学（University of Exeter）和巴斯大学(University of Bath)的研究人员领导的一项新研究有助于揭示在北极上空发生戏剧性的气象事件后，我们可能很快就会迎来冬天的天气。天气预报模型越来越有信心地预测，在2021年1月5日将发生平流层突然变暖(sudden stratospheric warming, SSW)事件。

平流层是距离地球表面10~50 km的大气层。SSW事件是一些最极端的大气现象，可以看到极地平流层温度在几天内上升50 ℃。这类事件会带来非常寒冷的天气，经常导致暴风雪。2018年臭名昭著的“东方野兽(Beast from The East)”提醒我们，SSW会带来什么。平流层的扰动可以向下传播，如果这种情况持续到地球表面，那么高空急流就会发生变化，导致欧洲和亚洲北部出现异常寒冷的天气。相关信息到达地面可能需要数周的时间，或者这个过程可能只需要几天时间。

发表在《地球物理研究杂志：大气》上研究成果，是由自然环境研究委员会(Natural Environment Research Council简称NERC)资助的，该文分析了过去60年发生的40次SSW观测事件。研究人员开发了一种新的方法来跟踪SSW信号，从其开始的平流层向下到地面。这篇论文追踪了平流层突然变暖对平流层到地表的影响，结果表明分裂事件往往与欧洲西北部和西伯利亚的寒冷天气有关。

该研究的第一作者理查德·霍尔博士(Dr. Richard Hall)说，未来一两周出现极端寒冷和可能下雪的可能性增加了。“虽然极端寒冷的天气事件并不一定会发生，但大约三分之二的SSW对地表天气有重大影响。更重要的是，今天（1月5日）的SSW可能是最危险的一种，极地涡旋分裂成两个较小的“子涡旋（child' vortices）”。

该研究的合著者、布里斯托大学大气科学副教授丹·米切尔(Dann Mitchell)说：“这些极地涡旋带来的极端寒冷的天气是一个鲜明提醒，天气可以多么突然地逆转。即使气候变化使地球变暖，这些事件仍然会发生，这意味着我们必须适应越来越极端的温度变化。”

该研究的合作者、埃克塞特大学数学系和全球系统研究所（Department of Mathematics and Global Systems Institute, University of Exeter）的高级讲师威廉·塞沃尔博士（Dr. William Seviour）说：“我们的研究首次量化了平流层突然变暖(SSW)事件之后，可能会在什么时候出现极端地球表面天气的可能性。这些影响各不相同，但重要的是，在平流层极地涡旋分裂成两部分后，影响会出现得更快、更强，正如目前正在展开的事件所预测的那样。尽管导致这些戏剧性事件的机制仍存在许多问题,以及它们如何影响到地球表面也尚不完全清楚,所以这是一个令人激动的和非常重要的未来研究领域。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。

Scientists identify weather event behind extreme cold in Europe and Asia during February 2018

Abstract

Sudden stratospheric warming (SSW) events are extreme atmospheric regimes which can have a signature in surface weather up to 40 days after event onset in the stratosphere. SSWs can be classified as either vortex splitting or vortex displacement events, with the nature and timing of the surface impact potentially being different between the two. In this study, using ERA40/Interim reanalysis data, we develop a simple empirical downward tracking algorithm which for the first time allows us to estimate the time of surface impact for individual SSW events. We show that the surface impact following splitting events is, on average, about one week earlier than following displacement events, albeit with considerable variability. By compositing tropospheric responses around the identified date of surface impact, rather than around the central stratospheric onset date as common in previous studies, we can better constrain the surface signal of SSWs. We find that while the difference in North Atlantic Oscillation (NAO) anomalies between split and displacement vortices is small, surface temperature anomalies over northwest Europe and northern Eurasia are significantly colder for splitting events, particularly over the UK just prior to the surface impact date. Displacement events on average are wetter over Northwest Europe around the time of surface impact, consistent with the jet stream being displaced further south in response to split events. Our downtracking algorithm can be used with any reanalyses and gridded model data, and therefore will be a valuable tool for use with the latest climate models.