南北两极异常升温了30！是极端天气还是气候变化？

　　近期，南北极部分地区突发显著升温。
　　在南极，东南极洲威尔克斯地一侧出现异常增暖 。康科迪亚站在3月18日录得-11.5 的最高气温（整点最高为-12.2 ），刷新该科考站3月最高纪录，比当地3月每日平均最高气温高出35 以上 。
　　而在3月14-16日，北极点附近也录得了接近0 的异常偏高温度 。
　　这次极端高温是怎么形成的？它究竟代表着天气气候怎样的异常？
　　太长不看版
　　1.这次事件直接原因，是持续数日的短期极端天气系统过程；
　　2.南北极的升温分别是两个独立天气系统所致，只是时间上巧合；
　　3.不是持续许久、覆盖全极地的异常，更不是一个永久改变极地气候、持续如此的开端；
　　4.在气候变化形势愈发严峻的未来，这样的极端事件会更频繁且强度更强。
　　＂南北两极同现异常高温＂
　　＂南北两极同现异常高温＂，具体范围有多大呢？
　　从3月中旬气温分析实录看，南极增温的区域主要在东南极洲东部威尔克斯地、维多利亚地等地，占据了南极洲约1/5的面积 ，而北极地区则是北极点附近的北冰洋洋盆区、格陵兰岛大部和巴伦支海-新地岛一侧。
　　可以看到这两地的增温影响很大，但也不是整个极地区域 。
　　2022年3月18日南极地区温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位： ）| climatereanalyzer.org
　　2022年3月15日北极地区温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位： ）| climatereanalyzer.org
　　＂异常高温＂是指气温比当地多年平均同期显著偏高 。
　　比如这次南极极端高温过程里，康科迪亚站最高气温录得-11.5 ，远超出当地3月平均最高温度（-48.7 ），也刷新了当地3月高温极值纪录。
　　而北极点附近北冰洋没有固定测站，但根据卫星反演等资料推断，3月16日北极点温度也一度接近0 ，高出了同期平均约30 。
　　康科迪亚站3月16日到18日的气温纪录（第三列即为气温，单位 ）
　　而＂同现＂只能说是个巧合 ，因为时间上实际差了3-5天，而且分别是两极互相独立的、不同的天气系统所致，并非有关联。
　　此外，这些异常高温并不是持续存在，更不是彻底大幅改变了气候状态，而只是短期过程 。事实上在本月初，南极大部仍然是偏冷状态；而最近几日，康科迪亚站和北极点都已经明显降温，甚至已接近恢复到历史同期水平。
　　22年3月1日南极温度偏离1979-2000年同期平均的距平（单位： ），显示总体偏低0.6  | climatereanalyzer.org
　　综上分析，此次南北极的升温事件，异常幅度极大，持续时间只有数日，影响范围大约是数百万平方千米——符合这些条件的，正是极端天气系统 。
　　天各一方：天涯两极共旋舞
　　造成南北极异常高温的极端天气系统，恰好是两个＂相反＂的系统 。
　　影响南极的是一个强烈暖性反气旋（阻塞高压），影响北极的是一个强烈的气旋（低压）。
　　有趣的是，由于两个半球科氏力（地转偏向力）相反，这两个系统反而都是逆时针旋转。
　　冰穹燠暖：南极暖高压的记录
　　从2022年3月18日的500hPa对流层中层（约5200-5600米高度）的天气图可以看到，造成东南极洲众多地区极端偏暖的天气系统是一个强烈暖高压 ——它中心的气压明显偏高，且伴随有显著的暖气团中心，这类孤立深入高纬度地区的暖高压也被称作阻塞高压 。
　　在它的控制下，南极内陆冰穹出现了异常的晴朗温暖天气；同时阻塞高压西侧的强烈偏北风将中低纬度的暖气团泼洒向冰原，也促进了这一急剧的升温（与湿度的升高）。
　　（3月18日南极地区对流层低层（850hPa）温度异常与对流层中层（500hPa）高度场异常分析，两张图的橙色圈均圈出了造成本次极端偏暖的阻塞高压。）
　　图 | earth.nullschool.net
　　（3月18日南极地区850hPa高度温度图，绿圈处即康科迪亚站。可以看到有显著的偏北风携带暖气团深入南极内陆）
　　3月18日南极地区对流层中层（500hPa）风场，橙色圈即阻塞高压 | earth.nullschool.net
　　这种极端阻塞高压是如何形成的呢？
　　阻塞高压本质上是中高纬度西风带里的一种波动 。在北半球，这样的天气系统并不少见——它可以通过海陆热力差异和陆地地形作用激发形成。但南半球中纬度绝大部分区域被海洋占据，稳定的热力差异和地形作用很难存在。
　　因此，南半球出现阻塞高压，必须要有极强的短期瞬变扰动异常 ，作为热力与动力源来激发才行。
　　通过波作用通量，可以追溯西风带的波动。从下图可以看出，这个阻塞高压是由中纬度南印度洋的扰动向东南方传播发展而来；而这个扰动曾路过莫桑比克海峡南侧附近，当地显著的对流活动释放的水汽凝结热量（潜热）更是为扰动发展提供了重要热源。
　　图 | 日本气象厅
　　3月15日全球向外辐射长波异常（填色，反应对流活动异常）和200hPa波作用通量（彩色箭头）分析图。可以看到，从莫桑比克海峡对流活跃区（红色）激发的波列（黑色箭头）向东南传播到了东南极洲，形成本次的阻塞高压（橙色）。
　　由于这类瞬变扰动持续时间很短，很容易被随后发展的扰动更替，这个阻塞高压也在3月20日起逐渐减弱，飘散在沉睡了千万年的冰原，南极各地的气温也随即下降。
　　但它或许在无瑕冰原即将沉入长夜之际，唤醒了曾经的夏日光华，也警醒着我们极端天气事件已愈发频繁 。
　　黎明长啸—北极气旋的漫卷
　　和南极直接的暖高压控制不同，北极这次异常升温靠的是一次强气旋的呼啸 。
　　随着它深入极地，气旋东南侧和润辽阔的东南风也磅礴北上，为这片即将从极夜苏醒的海洋送来最早的春暖。
　　3月18日北极地区表面气温，可以看到北极点附近已升高至接近0  | earth.nullschool.net
　　为什么这次气旋能如此强盛且深入极地？
　　追溯这个气旋的发展史，可以看到它其实出自北美东海岸一个快速发展的锋区。冷暖交织间的斜压能，以及海洋里湾流提供的巨大热量，让这个气旋急剧发展，中心气压一度下降到930hPa——这在中高纬度锋面气旋里算是极强 了。
　　图 | 美国海洋与大气管理局（NOAA）
　　（北京时间3月14日早晨的北大西洋地面天气图，可以看到图片上侧、位于格陵兰岛西南方的本次主角，此时它的中心最低气压下降至930hPa）
　　而它的特殊路径也和周边的喧嚣相关——在它的西北侧，也就是加拿大北极群岛也有气旋活动。在气旋间的互旋效应下，它一路向东北方向远征 ，成为北冥破晓之际的＂春风＂。
　　北美地区3月15日地面天气图，可以看到上方的三个气旋一字排开，最右侧即本次造成北极短期强烈升温的强气旋
　　这次气旋的急剧发展在欧亚大陆也有了回声——它激发的波列让西伯利亚冷空气重新活跃。先前数日北京曾盛放片刻的春雪，便飞舞着天涯之外的长风回音。
　　无声变迁：气候变化也有作用
　　本次极地极端偏暖事件，并不是长期持续的气候状态，更不是彻底的新气候状态建立。但是，19世纪后半叶以来、人类活动为主导的气候变化，也是站在这次异常温暖背后的魅影。
　　在过去一百多年里，全球表面平均气温出现了显著升高的趋势。而不同区域温度升高幅度明显不同 ，其中最剧烈的正是北极圈以内地区，以及南极沿海部分区域（如南极半岛），高出了全球平均3-5倍甚至更多。
　　这一如同被放大镜聚焦的现象称作＂极地放大效应 ＂，也让南北极成为面临气候变化挑战的最前沿与最脆弱地区。
　　1880-2020年间地球表面气温在不同纬度（纵坐标）和年代（横坐标）的距平（基准值为1951-1980年平均） | NASA
　　关于极地放大效应的成因，解释众多，而目前最为广泛认可的，是显著的反照率反馈 主导所致。
　　在气温升高的情况下，极地海冰和陆地冰川积雪融化加剧，而裸露出的海表或陆地表面较冰雪偏暗，反射太阳光的能力（反照率）下降，从而吸收更多太阳辐射并促进气温进一步升高，造成恶性循环式的正反馈。
　　此外，北极增温还会影响到云和气溶胶的量，也会进一步影响到北极气温。
　　关于北极放大效应的物理机制解释 | EOS
　　而气候变化不仅仅是平均状态的改变，还代表着更极端天气事件频率的显著升高。
　　前面提及的西风急流，正是由极地和中低纬度间的冷暖差异所驱动。但由于气候变化和极地放大效应，这一差异有所缩小，西风急流的＂天堑＂有所松动，导致极地和外界的南北向热量交换更容易发生，也会促进极地更频繁地出现更极端的增暖事件 。
　　图 | NOAA
　　（在平均态（左侧），和北极增暖、极地涡旋减弱的状态下（右侧），西风急流的不同表现，可以看到北极进一步增暖会导致西风减弱和南北侧冷暖气团更显著的交换，造成极端冷暖事件增多）
　　＂南北两极同现异常高温＂，正是一个令人不安的缩影。而这些事件也会有不绝的回音——或许是短期极端过程通过遥相关造成另一片天涯的极端天气，或许是极地气候变化进一步造成全球的气候影响。
　　研究南极冰芯和气候的Peter Neff担忧，如果这样的异常增温事件发生在南极的仲夏季节，有可能发生几天之内融化南极冰川的大事件，或许会对全球带来长达数十年甚至好几个世纪的影响。
　　这样的＂黑天鹅事件＂，之前认为不可能发生，但现在看来，或许不得不认真考虑一下了。
　　作者：风云梦远
　　编辑：Steed
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