極端暖與極端冷：氣候變化中的“過(guò)山車(chē)”現象

立春節氣剛過(guò)不久，從2月6日凌晨開(kāi)始，我國東部地區從北到南出現了一次“暴走”的寒潮大風(fēng)天氣，多地最大風(fēng)力達到8至9級以上，有些地區的瞬時(shí)風(fēng)力甚至達到12級，北京延慶山區的風(fēng)速甚至超過(guò)40米/秒(13級風(fēng)力)。

與大風(fēng)天氣相配合，我國東部大多數地區的氣溫也降到了冬季最低點(diǎn)。2月7日凌晨，北京南郊觀(guān)象臺氣溫降到-12.1℃，白天最高溫僅-4.9℃，是入冬以來(lái)最冷的一天;2月8日，上海徐家匯溫度跌至-4.2℃，不僅是這個(gè)冬季以來(lái)的最低氣溫，而且成為近35年來(lái)2月的最低氣溫。

然而，在這次極端冷事件發(fā)生之前的1月，多個(gè)國際知名研究機構發(fā)布2024年全球溫度數據，指出2024年是有觀(guān)測記錄以來(lái)最熱的一年。世界氣象組織在綜合分析了這些數據后，對以上結論進(jìn)行了確認，并指出2024年全球平均氣溫比工業(yè)化前平均水平高出約1.55℃，是首個(gè)全球升溫超過(guò)1.5℃的年份。與之對應，在本輪寒潮天氣之前，這個(gè)冬季我國大部分地區比較溫暖，其中北京的最低溫度一直高于-10℃。盡管北京部分地區出現過(guò)幾次零星降雪，但都不符合初雪標準。溫暖成為春節前我們關(guān)于這個(gè)冬季的主要記憶。

在這樣的背景下出現極端冷事件，這種現象不禁讓人困惑：為什么全球變暖了還有這么冷的寒潮大風(fēng)天氣?極端暖和極端冷之間究竟有什么聯(lián)系?

在全球變暖的背景下，極端冷事件的頻率和強度并未減弱，反而頻繁出現。例如，2021年2月，美國得克薩斯州進(jìn)入重大災難狀態(tài)。罕見(jiàn)的冬季風(fēng)暴不僅使多地氣溫創(chuàng )歷史同期最低紀錄，而且使天然氣管道和進(jìn)水管結冰，導致大規模斷水斷電，造成100余人死亡。本輪寒潮大風(fēng)過(guò)程給日本帶來(lái)本年度最強寒潮暴雪天氣，北海道帶廣市在12小時(shí)內觀(guān)測到創(chuàng )紀錄的129厘米降雪，青森縣部分地區積雪厚度接近4米，多地高速公路路段臨時(shí)封閉，多條鐵路線(xiàn)路因積雪而停運。同期，美國多地遭遇了罕見(jiàn)的冬季風(fēng)暴，多地氣溫比往年同期低7至14℃，新奧爾良、堪薩斯城、肯塔基州等地降雪量超過(guò)20厘米，致使大規模航班取消、停電和停課。

研究表明，全球變暖加劇了氣候系統的不穩定性，導致極端天氣事件更加頻繁，并且冷暖轉變和干濕轉變更加劇烈。北半球中緯度的冷暖過(guò)程變化在一定程度上與“北極放大”效應有關(guān)。全球變暖并不是所有地區“一二三齊步走式”變暖，而是有些地區增暖幅度大，有些地區增暖幅度小。例如，大陸地區的增暖幅度超過(guò)海洋，高緯度地區增暖幅度超過(guò)低緯度地區，其中北極地區的增暖趨勢是全球平均水平的3倍以上，這就是“北極放大”效應。

冬季，北極上空有逆時(shí)針旋轉的極地渦旋，渦旋周?chē)鷦t是強大的西風(fēng)帶，繞全球一周。一般而言，嚴寒的極區和溫暖的中緯度地區之間溫度差越大，西風(fēng)氣流越強，極地渦旋就越穩定，冷空氣就越容易被禁錮在極區。“北極放大”效應使南北增溫幅度不同，縮小了極區與中緯度地區之間的溫度差，從而使極地渦旋的穩定性降低。在這種情況下，西風(fēng)帶上的擾動(dòng)容易急劇發(fā)展，形成南北跨越中高緯度地區、東西跨越半個(gè)地球的大型波動(dòng)。在波動(dòng)的槽線(xiàn)附近，來(lái)自極地和高緯度地區的冷空氣長(cháng)驅南下，暴風(fēng)雪和寒潮天氣最為嚴重;而在波動(dòng)的脊線(xiàn)附近，來(lái)自中低緯度的暖空氣可以長(cháng)驅直入高緯度地區，甚至可以進(jìn)入極區，使極區的溫度超過(guò)中緯度地區。

因此，在本輪寒潮大風(fēng)天氣過(guò)程中，原本圍繞北極逆時(shí)針旋轉的極地渦旋受大型波動(dòng)的影響，發(fā)生了扭曲，被拉扯成一個(gè)“8”字形環(huán)流。冷空氣從“8”字的兩頭傾瀉而出，一支直撲東亞地區，另一支在北美地區肆虐。這就是一個(gè)典型的極地渦旋穩定性變化的過(guò)程。根據1月17日發(fā)表于《npj氣候與大氣科學(xué)》的最新研究論文，在全球變暖背景下，北半球冬季的大型波動(dòng)會(huì )顯著(zhù)增強，這會(huì )使中緯度地區的天氣過(guò)程變得更加極端，并且維持時(shí)間更長(cháng)?？雌饋?lái)極寒的天氣過(guò)程，卻能在全球變暖里找到肇事的根源。在某種程度上，極端冷與極端暖是同一枚硬幣的兩面。

在一個(gè)地方出現極端冷事件與全球整體變暖并不矛盾。在我國大部分地區出現嚴寒之際，全球其他地方的高溫不斷，如果對全球進(jìn)行整體平均，依然能夠作出全球整體變暖的判斷。此外，短時(shí)間極端冷天氣事件與長(cháng)時(shí)間的氣候變暖并不矛盾。極端冷天氣事件維持時(shí)間較短，一般為一兩周，在寒潮前和寒潮后，我國大部分地區都明顯偏暖，如果進(jìn)行全年整體平均，依然會(huì )得出整體偏暖的結論。

從溫暖環(huán)境突然進(jìn)入寒冷環(huán)境，人體需要時(shí)間調整生理機能，這種調整過(guò)程可能導致身體不適，甚至引發(fā)健康問(wèn)題。除了凍傷外，寒潮低溫還會(huì )顯著(zhù)增加心血管疾病的發(fā)病率和死亡率，使呼吸系統疾病的發(fā)病率飆升，引起流感、哮喘、慢性阻塞性肺疾病等。

除了冷暖交替變化外，干濕的快速切變也會(huì )帶來(lái)嚴重的地區性災害。1月，美國南加州地區山火肆虐與該地區的嚴重干旱直接相關(guān)。2024年5月初至12月底，洛杉磯市中心僅記錄降雨0.16英寸。而在干旱之前的冬春季節，這一地區則處于“暴雨模式”，降雨量是歷史值的兩倍。豐沛的降雨有助于植被生長(cháng)，2024年夏季洛杉磯比往年“綠”30%，山區草木如綠色地毯般蔓延。而當后期旱澇急轉、極端干旱來(lái)臨之時(shí)，植被干枯后就為山火燃燒提供了豐富的燃料。

極端天氣的交替出現是氣候變化的一個(gè)重要特征。我們要加強氣象監測和預警，增強公眾的防寒意識，加強基礎設施建設，并采取應對氣候變化的措施。只有這樣，我們才能更好地應對氣候變化帶來(lái)的挑戰，保護社會(huì )和經(jīng)濟安全。

(作者系中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員)