当厄尔尼诺遇到极地涡旋：夭折命运不可避免

             杨学祥，杨冬红（吉林大学）

2019年厄尔尼诺可能夭折

12月下旬至1月上旬多次寒潮对厄尔尼诺的影响不可忽视：厄尔尼诺指数跌出厄尔尼诺底线。

    2月1日，极端雪飑重击了纽约州布法罗市，温度比平时降低20℃以上。美国国家气象局（NWS）向美国东海岸的纽约市，甚至东北部的新英格兰地区发出紧急灾害警报，预计近日风速将高达80km/h，能见度及低，建议人们避免出行并待在安全的室内等环境中直到暴风雪过去。

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    央视网消息（新闻联播）：受“极地涡旋”南下入侵影响，1月31日，严寒天气继续肆虐美国中西部和东部地区，已造成至少21人死亡。部分地区进入紧急状态。

　　1月31日，美国中西部有30多个地区的气温创历史新低。明尼苏达州卡顿市的最低气温降到了零下48摄氏度。而阿拉斯加州最北端的北极圈城市巴罗当地时间1月31日晚间的温度也就在零下30摄氏度左右。

　　在伊利诺伊州芝加哥，多家医院接收了大量冻伤患者，其中无家可归者占到了一半，一些人可能需要截肢。当地航空和铁路交通也受到影响。

　　此外，在持续的极寒天气下，美国燃气用量飙升。一些地区对居民取暖采取暂时性限制措施。

　　极寒天气还导致明尼苏达州的明尼哈哈瀑布以及美加边境地区的尼亚加拉大瀑布出现结冰现象。

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    多次寒潮导致厄尔尼诺指数跌出厄尔尼诺底线，接近0，增大厄尔尼诺夭折的可能性。  

图1 2019年2月11日12时厄尔尼诺指数为0.093，比2019年2月11日06时厄尔尼诺指数为0.108减速0.015，减速变慢，进入下降区间。

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“极地涡旋”成因

大气盛行以极地为中心并绕其旋转的纬向气流，这是大气环流的最基本的状态，就对流层平均纬向环流而言，低纬度地区盛行东风，称为东风带（由于地球的旋转，北半球多为东北信风，南半球多为东南信风，故又称为信风带）；中高纬度地区盛行西风，称为西风带（其强度随高度增大，在对流层顶附近达到极大值，称为西风急流）；极地还有浅薄的弱东风，称为极地东风带。这就是说，基地盛行下沉气流，北极东风带具有顺时针旋转的特征。

图2大气环流与极地东风带

气旋是中心气压比四周低的水平旋涡。在北半球，气旋区域内空气作逆时针方向流动，在南半球则相反；反气旋是中心气压高四周气压低的水平旋涡。在北半球，反气旋区域内的空气作顺时针方向流动，在南半球则相反。气旋和反气旋一般也称低压和高压。

图3北半球气旋和反气旋

北极反气旋也称极地高压，是指活跃于两极的高压。由于两极地区低层空气的温度很低，气柱收缩下沉，空气密度较大，加上有副极地流来的空气做补充，故形成极地高压。

极地涡旋是一种强风流经低压系统的流通模式，它一般发生在冬季的北极。这种涡旋的效应是保持冷空气在极地地区循环，旋转方向是顺时针的。然而，当涡旋分解或者一分为二，它可能将冷空气传递至南部地区。

影响北极涡旋的因素

大气环流的基本模式有利于北极涡旋的形成，北极地区处于顺时针旋转的极地东风带

近地面空气受热上升，高空空气冷而下沉，这就是空气的对流。近地面热空气能到达的最高处就是对流层顶部。夏季地面吸收太阳的辐射热多，近地面空气气温高，空气上升幅度大，即对流层厚度大；冬季地面吸收太阳的辐射热少，近地面空气气温低，空气上升幅度小，即对流层厚度小。对流层高度还会随着纬度变化，由低纬度到高纬度对流层厚度减小。所以，北半球冬季对流层厚度变小，收缩下沉，有利于极地涡旋的形成。

由于潮汐形变，地球扁率也发生周期性变化，当地球扁率变大时，迫使北极冷空气向赤道流动，有利于极地涡旋增强。

北极冰盖融化使等位面下降，使极地冷空气向中低纬度流动，有利于极地涡旋增强。北半球冰盖融化与北半球低温暴雪具有相关性。

图4  格陵兰海冰融化导致的海水和大气的流动是北半球中低温度地区变冷的根源，

引力模型的计算结果表明：北极冰盖大量融化导致北极地区海平面和大气等位面的大幅度下降，压力变化迫使北极地区冷水和冷空气流向北半球中低纬度地区。太平洋海温下降导致全球变暖停止。

极地冰盖融化后全球海平面都将上升，这是一个错误的观点。最新模型研究表明，如果格林兰冰盖融化可导致其附近海平面将下降100m，北苏格兰的海平面将下降3m，冰岛周围海平面将下降10m，南美部分地区海平面将上升10m。在海平面附近，大气等位面的变化幅度与海平面变化幅度非常接近。

近期北极海冰和冰盖的融化只是最新模型的一个缩影。北极大量冷水和冷空气在下降等位面的压力下流过北半球中低纬度地区，导致北半球频遭低温暴雪袭击。

有报道称，北极涛动是北半球中纬度和高纬度气压此消彼涨的一种跷跷板现象。通常情况下，北极地区冬季受低气压系统支配，而中纬度地区受高气压支配。此时，北极涛动处于正位相，限制了极地冷空气向南扩展。（图片来源：香港天文台）

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北极涡旋制造寒潮的历史记录

受风暴系统影响，北极遭遇到一股罕见的热浪。2015年12月30日，温度居然突破了零摄氏度，比起往年的温度真是高出近30摄氏度。据美国《华盛顿邮报》援引国际北极浮标项目的监测数据报道，北极附近区域30日气温在-1.1℃至1.7℃之间变化，在某个短暂时段内超过了零摄氏度。这个气温比美国中西部大多数城市要高，与伊利诺伊州芝加哥基本持平。

而北极平时的这个时间段的气温大约在-20℉(华氏度，约-28.9℃)，而眼下气温已经逼近盛夏时的高温。在同一个风暴系统的影响与低气压的作用下，美国中西部在遭遇罕见的暴风雨和洪水，这股热浪从南向北袭击北极。

这正是厄尔尼诺现象，而今年的厄尔尼诺现象比预期还要严重，对大气环流、天气模式以及北极气温均造成影响。今年的厄尔尼诺现象很可能达到1997年、1998年的强度，即有记录以来的最高水平。

http://news.jsnol.com/local/2016/0102/25047.html

我们在2016年1月3日指出，2015年极强厄尔尼诺导致赤道太平洋异常增温，增大了赤道和北极的温差，达到一定极值，将形成赤道高温的低压区和北极低温的高压区，造成赤道暖流向北极的热输送，这是北极异常增温发生在极强厄尔尼诺发生之后的原因。这表明2016年北极海冰大规模融化已经不可避免。

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2006-2013年北半球频遭低温暴雪袭击。从中国的情况看，最近的5个冬季更出现了3个明显的“冷冬”。我国平均气温2011年是最低值。与我国类似，欧亚大陆很多国家也正在遭遇寒冬。与近几年相比，2012年这次欧洲暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的（杨冬红等，2011）。

北极海冰覆盖面积自20世纪就开始记录，上世纪60年代，北极冬季海冰覆盖面积为1400万-1600万平方公里，夏季末海冰覆盖面积为700万-900万平方公里，此后北极海冰面积持续下降。海冰最低覆盖面积出现在2005年、2007年、2008年和2010年的9月份，最低记录是2007年428万平方公里，这一最低记录于2012年再次被打破。2012年11月，世界气象组织在多哈举行的联合国气候大会上发布报告称，从2012年3月至9月间，北极海冰消失了1183万平方公里，比整个美国还要大。因此，北极周围海冰面积“创下了历史新低”。

2012年秋季，北极海冰的面积与体积均降至历史最低点。但根据位于美国科罗拉多州的美国国家冰雪数据中心（NSIDC）2013年3月25日公布的卫星图像显示，最近一段时间，北极海冰的面积又逼近这一最低点，随时可能“打破纪录”。“北极海冰正在迅速融化，目前的面积甚至不足30年前的两成，导致北极变暖。”美国罗格斯大学沿海和海洋科学研究所的专家詹妮弗·弗朗西斯说，这正是全球气候变暖的“症状”，并令北极地区的冷空气南下。但是，全球变暖如何导致北半球气候变冷，专家并没有给出相关的变化机制。

2012年02月08日，受冷空气影响，内蒙古大部将再次出现8℃至10℃降温，呼伦贝尔市北部的根河市、图里河镇等地或将再度出现极寒天气。此前，陈巴尔虎旗日最低气温达到零下45.5℃；海拉尔市日最低气温达到零下42.9℃；满洲里市日最低气温达到零下42.2℃。专家表示，我国的呼伦贝尔一带今冬正好在极地涡旋的正下方，处在最冷的位置上，造成这一地区气温极低。手机相机冻到失灵，一些牛和羊的鼻子都冻出血了，有的腿冻坏了，有的尾巴冻坏了。

2014年1月，极地涡旋(polar vortex)带来了20年来最冷空气侵袭美国。寒冷天气已经导致多人遇难、学校停课、商家暂时歇业、游民收容所人满为患，还有数千航班停飞。蒙大拿州甚至出现摄氏零下53度的低温，比南极更冷。

北京时间1月8日消息，国外媒体报道，目前美国大部分地区陷入极地涡旋的魔爪，这种密集的空气系统会导致温度骤降以及冰冻天气。这种极地涡旋产生的天气状况非常恶劣，以至于美国芝加哥林肯公园动物园里的北极熊都被带回室内，因为室外温度已经骤降至-26摄氏度，CNN这样报道称。居民被警告称在室外他们的皮肤可能会冻结，因为强风温度低至-53摄氏度。

美国多地遭遇罕见寒潮

2018-01-04 04:05:28　来源: 人民日报(北京)

新年伊始，寒潮来袭，美国多地出现低温天气，温暖的东南部罕见地出现降雪天气。1月3日多地再次迎来降雪。自2日早上至少有11人在因寒潮造成的低温天气中遇难。气象专家分析称，如此罕见的寒潮天气是由极地涡旋带来的强冷空气引起的，同美国地理环境有关，与全球气候变化可能也有关联。

http://news.163.com/18/0104/04/D79EEHP200018AOP.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1093546.html

潮汐组合E：2018年12月30日为月亮赤纬角最小值南纬0.00079度，12月29日为日月小潮，两者强叠加，潮汐强度小，地球扁率变大，自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），潮汐使两极空气向赤道流动，可激发地震火山活动和冷空气活动（弱）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1130246.html

NASA发布“极地涡旋”影响下的美国红外热成像卫星影像

2019年02月01日 10:02 

近日，美国和加拿大部分地区因“极地涡旋/北极寒流（Polar Votex）”席卷而遭遇极寒天气，中西部地区气温甚至跌破零下50华氏度（约-45.6℃）。你无需亲临美国中西部，就可通过美国航天航空局NASA发布的许多视觉化卫星影像了解这股急冻寒流的威力。

继“极地涡旋”相关的Terra卫星云图和GEOS-5模型卫星影像后，NASA又发布了基于Aqua水文气象卫星的大气红外探测仪（AIRS）的热成像卫星图。NASA用大气红外探测仪（AIRS）监控全球在极地涡旋影响下的气象模式、整体气候和实时气温变化。

NASA解释基于AIRS数据的红外热成像图中，最低气温显示为紫色至蓝色，对应-40℃至-23℃。随着1月20-29日期间的数据变化，你可以看到最冷的紫色区块冷空气团如何南下进入美国部分地区。

受极地涡旋的影响，造成了美国中西部区域严重的问题，不过好在该情况或即将结束，美中西预计将在近日逐渐回暖，回归一二月正常的冬季气温。

https://www.cnbeta.com/articles/science/814777.htm

潮汐组合D：2019年1月26日为月亮赤纬角最小值南纬0.00003度，1月28日为日月小潮，两者强叠加，潮汐强度小，地球扁率变大，自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），潮汐使两极空气向赤道流动，可激发地震火山活动和冷空气活动（弱）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1145212.html

北极涡旋南下是2011-2012年和2014年厄尔尼诺夭折的主因。

参考文献

1. 杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008，23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

2. 杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2):610-615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

3. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

4. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

5. 杨冬红, 杨学祥, 刘 财. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 2006, 21(3): 1023~1027。Yang D H, Yang X X, Liu C. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia. Progress in Geophysics (in Chinese), 2006, 21(3): 1023~1027。