微专题 | 极地涡旋与北极涛动

极地涡旋

极地涡旋（polarvortex）简称极涡，是极地高空冷性大型涡旋系统，是极区大气环流的组成部分。其位置、强度以及移动不仅对极区，而且对高纬地区的天气都有明显影响。

地球有两个极地涡旋结构，分别位于南极与北极的上空，深度跨越地球的对流层和平流层。这种涡旋结构在冬季达到最大的强度，从而让西向盛行风来势凶猛。在北极地区，这一巨大极地涡旋的中心位置位于俄罗斯西伯利亚东北部地区以及加拿大海岸外巴芬岛上空。

极地是地球的冷极，也是大气的冷源，因而在极地低空形成冷性高压，在极地上空则形成冷性低压。南极极地涡旋比北极极地涡旋更为显著，持续时间也更长，更为稳定。

与台风或者水面上漩涡的形态类似，从上空俯瞰，极涡也是一个逆时针旋转的涡旋。它的外围是速度很快的西风气流，在最为理想的情况下，北极涡旋稳定在北极地区，这里的极寒空气也被锁定在涡旋当中，就像下图这样。

当北极涡旋够强，能够稳定待在北极时，北半球中纬度地区也基本不会遭受强冷空气的侵袭。但一旦北极涡旋减弱，西风带上出现大的起伏波动，暖空气就会趁机北上抢占极地，极涡一方面可能会分裂出若干个冷中心，另一方面也不得不被迫南下寻找出路，这一来也顺便把极寒的冷空气带给了中纬度地区，寒潮天气随之到来。

2019年1月28日，一场寒流为美国西部以及东北部各州带来了大幅降温和降雪。根据美国气象部门检测，在中西部明尼苏达州和南达科塔州等部分地区达到零下45摄氏度，而在29日和31日之间，芝加哥遭遇零下44摄氏度的低温。

2021年10月中旬末，强烈的阻塞高压在加拿大北部、格陵兰一带发展，大量暖空气突入北极，迫使北极涡旋分裂，并南下阿拉斯加、白令海，阿留申群岛附近强风暴不断。

北极涛动

北极涛动，指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。 

北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。

中国国家气候中心专家认为，美国东部和中国东北、华北地区均处于大洋西岸。冬季气团主要从西北向东南穿越北美洲和亚洲。极地气团南下到大陆上空，当气团经过海面时，温度极低的空气与相对温暖的水面接触，气团下部温度升高，水汽进入气团。寒冷、密度较大的冷气团下沉，使暖空气上升，温度降低，水汽凝结，空气不太稳定，云层不断加厚，产生降水。由于下层空气温度很低，当冷空气逐渐向前推移，上升气流减弱，云中水汽直接在冰晶上凝结成较大的形态，由此，水汽以雪的形式降落下来。

同时，中国国家气候中心专家认为，相比北美和亚洲的寒潮暴雪天气不同，欧洲的暴风雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其对整个欧洲特别是北欧、西欧的影响很大，这股海洋暖流使得其上面的空气保持暖湿状态。欧洲处于高空冷涡的控制下，来自大西洋的西南暖湿气流进入高空冷涡后上升凝结产生降雪。由于高空冷涡上升运动强，极地冷空气南下与当地强盛的暖湿气流大范围汇合会导致大范围降雪。