一項新的研究將大氣變化與北美和歐洲冬季極端條件的長期持續聯繫起來，自20 世紀60 年代以來，這些極端模式增加了一倍。這些模式經常在兩大洲同步發生，造成嚴重破壞。

被稱為波-4 模式的全球噴流巨大蜿蜒的理想化插圖，它為北美和歐洲部分地區帶來了極端的冬季寒冷和/或降水（藍色區域）。圖片來源：Kai Kornhuber 繪製

氣候變遷與極端天氣模式

冬天即將來臨–最終，在地球變暖的同時，一項新的研究表明，大氣正在以某種方式被推移，導致某些地區冬季出現長時間的極端寒冷或潮濕天氣。

這項研究的作者說，他們已經發現全球噴射氣流中存在巨大的蜿蜒，這些蜿蜒將極地空氣帶向南方，在北美和歐洲的大部分地區同時鎖定了寒冷或潮濕的天氣狀況，而且往往每次持續數週。他們說，自20 世紀60 年代以來，這種天氣波的頻率增加了一倍。就在過去幾年裡，它們已造成數百人死亡，能源和運輸系統癱瘓。

這篇新論文發表在本週的《美國氣象學會公報》。

了解噴流和天氣異常

哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站（Lamont-Doherty Earth Observatory）的兼職科學家凱-科恩胡伯（Kai Kornhuber）說：”儘管冬季平均變得溫和，但這是以暖季破壞性越來越強的極端高溫為代價的。一百年後，我們可能就不用那麼擔心極端寒冷了，因為一切都在變暖。但在今天和未來，寒冷仍然是一個非常相關的危害。”

噴射氣流是一條快速流動的”空氣河流”，從東到西不斷環繞北半球。它通常在相對筆直的邊界內流動，將極地冷氣團與中緯度地區隔離開來，但有時也會自然出現大的擺動。一些科學家認為，這些擺動的規模和頻率正在增加，原因是北極地區的快速變暖與更偏南的地區不成比例；他們說，這破壞了系統的穩定，產生了打破南北屏障的風。在適當的條件下，某些搖擺會被放大成對稱的波，然後在全球範圍內鎖定位置，這有點類似於產生恆定音調的振動。這些波稱為羅斯比波。

羅斯比波和天氣影響

在2019 年的一項研究中，Kornhuber 及其同事發現，一種被稱為”波-7″的重複性羅斯比波模式–即橫跨全球的七個巨大波峰和七個匹配波谷–將溫暖、乾燥的空氣從亞熱帶地區吸引到中緯度地區，從而在北美、歐洲和亞洲的可預測地區同時引發夏季熱浪和乾旱。研究報告說，這可能會在重要的糧倉地區同時造成大規模的作物損失。

較新的論文或多或少展示了問題的另一面。一種被稱為”波-4″的冬季模式–在全球範圍內，四個波峰和四個相匹配的波谷往往會鎖定在一起。作者說，當這種情況發生時，在低谷中出現極端寒冷或潮濕的幾率會增加三倍。同時，波峰可能會出現異常溫暖或乾燥的情況。

最近一次主要的波-4 迭變為加拿大、美國甚至墨西哥北部的大部分地區帶來了2021 年2 月的寒流。最南端的美國墨西哥灣沿岸氣溫比平均氣溫低50 華氏度。南部部分地區出現了罕見的降雪。受災最嚴重的是德州，創紀錄的低溫導致天然氣管道和其他能源基礎設施癱瘓，大部分電網癱瘓，導致家庭和企業停電和結冰。總計至少278 人直接或間接死於寒流，損失近2,000 億美元。2019 年1 月至2 月，美國東部也發生了類似的寒流，但破壞性較小，造成20 多人死亡。

北美和歐洲的同步天氣事件

同樣的模式也常在大西洋的另一端同時發生，通常在歐洲西南部和斯堪的納維亞半島最為極端。2019 年1 月至2 月的事件為法國南部和瑞典都帶來了極端低溫。同時，由於大西洋的潮濕空氣席捲而來，它在歐洲中部和東部的許多地區造成了極端降水和洪水。歐洲在2013 年和2018 年也發生類似事件。

研究人員說，50 年前，這樣的併發波平均每年冬季才會發生一次。每年發生的次數各不相同，但現在平均每年發生兩次。

這項研究的另一位作者、瑞典烏普薩拉大學的加布里埃爾-梅索里說：”這增加了越來越多的證據，表明北美和歐洲的極端天氣經常是同步的。”梅索里今年稍早發表了一篇論文，指出這種現象屢屢發生，並假設這與大尺度大氣環流模式有關。

展望未來

Kornhuber說，導致波浪-4模式出現的確切機制還需要進一步研究，但他懷疑它始於太平洋部分地區海洋條件的週期性變化，在適當的情況下，這種變化會引發全球連鎖反應。他說，確定這項機制可能會讓科學家更好地預測寒流或濕潮。

越來越多的證據表明，氣候變暖與帶來熱浪的夏季蜿蜒流之間存在聯繫；然而，冬季的海浪仍是科學界激烈討論的問題。科學家目前正在研究幾種可能與氣候相關的機制，以及未來可能發生的變化。

他今年稍早與他人合作完成的一項研究表明，即使在夏季，氣候模型仍然難以再現與這些大尺度模式相關的最極端區域天氣異常；這可能導致低估特定地區與天氣相關的潛在作物損失。他說，即將進行的工作將著重於調查最惡劣的極端天氣是否與人為因素有關，還是僅與自然變異有關。