地球大氣層和氣候如何結合形成極地渦旋

本文最初發表於 對話。 該出版物為 Space.com 上的文章做出了貢獻 專家之聲：專欄與見解。

一場嚴重的冬季風暴造成了人員傷亡冷雨、雪和雨夾雪 2026 年 1 月下旬席捲美國大部分地區，從新墨西哥到新英格蘭等州都陷入了混亂。整個南方數十萬人也失去了電力冰壓斷了樹枝和電線不止一個腳下的雪落了下來中西部和東北部部分地區，許多州面臨預計將持續數天的嚴寒。

喜歡天氣和氣候科學家我們進行的研究旨在提高對極端天氣包括是什麼導致這種情況發生的可能性更大或更小，以及氣候變化可能會或可能不會發揮作用。

為了了解美國人在這次冬季狂風中所經歷的情況，我們需要觀察距離地表 20 多英里的地方地球在平流層極渦中。

是什麼導致瞭如此嚴重的冬季風暴？

必須有多種天氣因素共同作用才能產生如此大而強大的風暴。

冬季風暴通常發生在地表附近溫度對比強烈且氣溫較低的地方。急流向南傾斜驅動天氣系統的快速移動的狹窄空氣帶。如果有重要的濕氣來源，暴風雨可能會產生大雨或大雪。

一月下旬，來自北方的強大北極氣團與來自南方的溫暖空氣形成了溫度對比。體內多種疾病生命電流我們共同努力為降水創造有利條件，風暴系統已經到位吸引水分經過墨西哥灣非常溫暖。

美國國家氣象局於 2026 年 1 月 24 日發布了嚴重暴風雪警告（粉色），美國大部分地區未來幾天可能會出現大雨和大雪，同時還發布了一些州的暴風雪警告（深紫色）和極寒警告（深藍色）。（圖片來源：國家氣象局）

最強的急流風發生在其尖端下方對流層這是大氣層的最低層，結束於地球表面上方約七英里。天氣系統籠罩在對流層頂部，因為對流層上方的大氣變得非常穩定。

的平流層這是再往上一層，從大約七英里到大約三十英里。雖然平流層位於天氣系統之上，但它仍然可以通過在大氣中上下移動的大氣波與它們相互作用。這些波類似於急流中導致其向南傾斜的波，但它們是垂直移動而不是水平移動。

地球大氣層與相應的溫度分佈。（圖片來源：國家氣象局）

你可能聽說過這個詞“極渦“當北極冷空氣區域向南移動足以影響美國時使用。該術語描述了圍繞極地循環的空氣，但可以指兩個不同的版本一個在對流層，一個在平流層。

北半球平流層極渦是一條環繞北極的快速移動的空氣帶。它就像第二股急流，位於您可能從天氣圖形中熟悉的上方，通常波浪較小，更接近極點。

有時極地平流層渦旋可以向南延伸到美國上空。當這種情況發生時，它為波浪的上下運動創造了理想的條件將平流層與嚴酷的冬季天氣聯繫起來表面上。

延伸的平流層極渦將向上的波反射回下方（左），這會影響急流和地表天氣（右）。（圖片來源：Mathew Barlow 和 Judah Cohen，CC BY）

一月份的風暴預報顯示，平流層極渦的南部範圍與美國上空的急流緊密重疊，這表明寒冷和降雪的完美條件。

最大的噴射流的振盪與更多的能量相關。在適當的條件下，這種能量可以從極渦反彈回到對流層誇大了北美急流的南北振盪，使嚴冬天氣更有可能出現。

這就是 2026 年 1 月下旬在美國中部和東部發生的事情

地球是絕對在熱身作為人類活動的解放溫室氣體排放捕獲大氣中的熱量，以及降雪量普遍減少。但這並不意味著嚴酷的冬季天氣不會再發生。

一些研究表明，即使在溫暖的環境中，寒冷事件雖然發生頻率較低，在某些地方它可能仍然相對較重。

一個因素可能是平流層極地渦旋的不連續性增加這似乎與北極的迅速變暖隨著氣候變化。

此外，溫暖的海洋會導致更多的蒸發，並且由於溫暖的大氣可以容納更多的水分，這意味著更多的水分可用於風暴。雨或雪中的水分凝結過程也會產生風暴的能量。然而，變暖可能會通過降低溫度對比來降低風暴強度。

對比效應使評估潛在變化變得複雜平均風暴強度。然而，密集事件不一定會以同樣的方式發生變化作為一個平均事件。權衡之下，似乎更猛烈的冬季風暴可能會變得更加猛烈。

溫暖的環境還增加了以前冬天以雪的形式出現的降水現在更有可能以大雪和凍雨的形式出現的可能性。

科學家們正在不斷提高預測和應對這些惡劣天氣事件的能力，但仍有許多問題有待解答。

許多數據和實地研究依賴於聯邦僱員的工作基礎，包括政府實驗室，例如國家大氣研究中心NCAR 已成為特朗普政府削減資金的目標。這些科學家幫助開發世界各地的科學家和預報員所依賴的基本模型、測量儀器和數據。