在地球南北極高空有個大型的環流叫作極地渦旋，在冬半年的時候氣溫最低，也是極地渦旋最強的時候。
大部分時候極地渦旋都在正常轉圈，一旦正常的環流被擾動，渦旋就會偏離極地向南移動，所到之處寒潮增多增強。
很多影響中國的寒潮和極地渦旋南移有關，極地渦旋也是造成北美洲寒潮的主因。
面對寒潮這種終極大boss，中國還有秦嶺、南嶺這些山脈能比劃兩下子。
但對于南北通透的北美洲，寒潮長驅直入墨西哥灣如入無人之境。
2019年，極地渦旋帶來的寒潮讓美國芝加哥的溫度能和南極洲一較高下，連熱帶國家墨西哥都下起了凍雨。
北極濤動，指北半球中緯度地區（約北緯45度）與北極地區氣壓形勢差別的變化。它是一個代表北極地區大氣環流的重要氣候指數，可分為正位相和負位相。
北極通常受低氣壓系統支配，而高氣壓系統則位于中緯度地區。當北極濤動處于正位相時，這些系統的氣壓差較正常強，限制了極區冷空氣向南擴展；當北極濤動處于負位相時，這些系統的氣壓差較正常弱，冷空氣較易向南侵襲。
中國國家氣候中心專家認為，美國東部和中國東北、華北地區均處于大洋西岸。冬季氣團主要從西北向東南穿越北美洲和亞洲。極地氣團南下到大陸上空，當氣團經過海面時，溫度極低的空氣與相對溫暖的水面接觸，氣團下部溫度升高，水汽進入氣團。寒冷、密度較大的冷氣團下沉，使暖空氣上升，溫度降低，水汽凝結，空氣不太穩定，云層不斷加厚，產生降水。由于下層空氣溫度很低，當冷空氣逐漸向前推移，上升氣流減弱，云中水汽直接在冰晶上凝結成較大的形態，由此，水汽以雪的形式降落下來。
同時，中國國家氣候中心專家認為，相比北美和亞洲的寒潮暴雪天氣不同，歐洲的暴風雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其對整個歐洲特別是北歐、西歐的影響很大，這股海洋暖流使得其上面的空氣保持暖濕狀態。歐洲處于高空冷渦的控制下，來自大西洋的西南暖濕氣流進入高空冷渦后上升凝結產生降雪。由于高空冷渦上升運動強，極地冷空氣南下與當地強盛的暖濕氣流大范圍匯合會導致大范圍降雪。
近年來，隨著全球變暖加劇，北極及其鄰近區域氣溫的破紀錄事件頻繁發生：
2019年至年2020的這個冬季莫斯科平均氣溫為0攝氏度，不僅比往年同期氣溫的正常值高了7.7攝氏度，下雪也成了不多見的現象，是140年來最溫暖的冬天，2019年也是俄羅斯有氣溫記錄以來最熱的一年；
（圖片來自NCEI）
2019年7月4日美國氣象局發布消息稱阿拉斯加州的安克雷奇國際機場氣溫達到32攝氏度，打破50年的高溫記錄，當地居民平時穿棉衣，當時出現了在冰雪之上穿短袖短褲滑雪、爬雪山的趣景；
2019年6月和7月分別是歐洲有史以來最熱的6月和7月，歐洲多國氣溫創歷史極值，數據顯示，空調的普及率在歐洲家庭中不到5%，當年的空調銷售異常火爆。以德國為例，一臺空調要價650歐元，安裝費卻要1350歐元，高昂的人工成本也令歐洲民眾苦不堪言；
2018年07月30日 位于北極圈之內250公里的挪威城市巴納克也出現了百年難遇的罕見32℃高溫；
年20201月全球陸地和海洋表面溫度為1880年有氣象觀測以來最暖的一月，年2020很有可能超過2016年成為有觀測記錄以來最暖的一年。
北極附近為什么頻現高溫呢？
這不僅和全球氣候變暖有關，
還和北極放大效應有關。
（圖片來自Cohen等，2020）
北極放大效應
受全球氣候變暖的影響，北極地區不僅在變暖，而且加速變暖，變暖速度是全球平均速度的2倍。北極加速升溫被稱為“北極放大效應”，多種因素造成這一效應，其中最主要的原因是海冰融化。近些年來，北極海冰面積呈逐年減少的趨勢。2016年1月，北極海冰的覆蓋面積為1338萬平方公里，為1979年有衛星記錄以來1月同期最低值。對陽光反射性強的海冰融化成了顏色深的海水，海水又造成北極對太陽輻射的吸收率上升，吸收了大量熱量。海冰融化和北極氣溫上升二者相互影響，加速北極升溫。
北極“放大效應”可能影響著格陵蘭島海冰的融化，也可能會導致未來海平面進一步上升。 如果格陵蘭島的海冰繼續融化，會促進海平面上升，還會導致全球洋流的改變：隨著格陵蘭島南部的融水不斷增加，北大西洋冰冷、鹽度高的海水就會被稀釋，其下沉速度會隨之減慢， 大西洋經向翻轉環流（即AMOC，墨西哥灣流）的速度也將減慢，該環流對全球海洋熱量傳遞起著至關重要的作用。這個傳送帶向北方的高緯度地區輸送溫暖的洋流，繼而以深流的方式將北大西洋的冰冷海水向赤道傳輸。它通過將溫暖的表面水傳送到高緯度地區，從而讓這些水在寒冷的北大西洋深層水的地方進行冷卻、滲透、向南返程流動。一旦環流崩潰，北大西洋沿岸國家（特別是東岸）將迎來寒冬，冰島和挪威的海冰將快速擴張，世界各地的降雨量將發生變化。譚老師地理工作室綜合整理
近來，不少研究發現，古老的北極冰川正以前所未有的速度消融。到本世紀中葉，北冰洋很可能會進入夏季無冰的時代，一片全新海洋正在形成。
全球氣候變暖無疑是主要原因。據科學家測算，北極地區變暖速率是全球平均水平的兩倍以上。1980年以來，局部升溫甚至達3.5攝氏度，升溫幅度大大超過《巴黎協定》設定的2攝氏度目標。2016年以來，北極中心區域冬季多次出現爆發性增溫現象，使得2016~2017年北極年最大海冰覆蓋范圍達到了1979年以來的最低值，目前夏季海冰覆蓋面積也縮小約30%。
北極海冰融化對氣候造成了長期性的威脅，因為海冰在反射太陽輻射方面發揮著巨大作用。隨著氣候變化不斷使海洋升溫，導致海冰融化，北極將變得越來越黑暗，吸收熱量的能力也會進一步增強，海洋也將繼續升溫，這一難以控制的反饋回路被稱為北極“放大效應”（Arctic amplification）。
北極變暖速度倍增 北極熊數量因此下降
美國國家海洋和大氣管理局發布報告說，被稱為“地球冰箱”的北極今年繼續以世界其他地區兩倍的速度變暖，這一持續30年之久的“北極放大效應”顯著改變了北極的生態系統，有更多證據表明北極熊數量因此下降。
報告說，過去10年全球變暖速度呈放緩趨勢，但北極氣溫持續增長，其中阿拉斯加今年1月的氣溫高出往年同期10攝氏度，創造新紀錄。由于氣溫升高，北極熊棲息及捕獵的主要場所——北極海冰面積尤其夏季的海冰面積縮小，生活在加拿大哈得孫灣西部的北極熊數量，從1987年的近1200頭降至2011年的約800頭，好在北極其他地區的北極熊數量仍相對穩定。
北極海冰面積創歷史新低，北極“放大效應”為罪魁禍首？
圖為美國宇航局的阿卡衛星2015年6月拍攝的一張照片，照片中可以看到格陵蘭島附近的海域中漂浮著大量大塊融化的海冰。
從21年202月初開始，美國也陸續出現數次降溫，范圍近乎波及整片中部地區。其實這已經不是美國近年來第一次遭遇嚴重寒潮，在2019年1月整片五大湖地區的平均氣溫降至-34℃至-40℃，不少市鎮出現了創紀錄的低溫。
2019年1月27日的北美五大湖，寒冷徹骨
（圖：NASA）▼
今年的寒潮讓美國很多地區的低溫再創新低，其中受寒潮波及嚴重的地區，甚至包括美國南部靠近墨西哥灣的得克薩斯州。
時隔兩年，橫跨東西半球的三次寒潮背后有同一個關鍵因素的影響——極地渦旋。
寒潮下的得克薩斯州（緯度相當于中國湖北）
（衛星圖：NOAA）▼
極地渦旋的新家
地球不同緯度接受的太陽輻射量不同，低緯地區能受到太陽直射，氣溫高，地表氣壓低，而高緯度氣溫較低，地表氣壓高，平流層附近氣壓卻較低，這導致極地高空出現巨大的寒冷的渦旋。
渦旋可以將極地溫度極低且密度較大的空氣，一直通向上空的平流層，就像無形的彈力繩“束縛”著冷空氣，把冷空氣限制在極地地區。
相當于打了個封印，雖然不那么牢靠▼
南北極都有極地渦旋，南極因為存在較為規則的南極大陸，而四周為海洋，所以南極的渦旋中心較為穩定，通常靠近南極點。而北極因為陸地分布不規律，北極點位于北冰洋中，而海陸熱力差異又導致陸地在冬季時氣溫更低，所以北極渦旋也相對呈狹長狀，中心分布于西伯利亞北部和巴芬島上空兩個區域。
南極點在陸上而北極點在海上
北冰洋周邊環境也復雜得多▼
受地球高低緯度之間的氣壓差的影響，極地與赤道的溫差越大，極地渦旋也就越穩定，越能將冷空氣鎖定在極地。可是近年來，全球變暖海冰消融，北大西洋和北太平洋水溫升高，北極渦旋開始出現分裂趨勢。在洋流和大氣環流的綜合影響下，南方的溫暖空氣會向北移動，“擠壓”北極冷氣團，甚至將其“擠”出多個中心，并在不穩定的情況下向南移動。
相當于分出好多條北海龍王
每一條南下都是一次大寒潮
（圖片：NOAA）▼
西半球的北極冷渦中心巴芬島位于加拿大東北部。這里與美國之間僅有哈得孫灣、哈得孫沿岸平原與五大湖相隔，地勢一馬平川，并不能有效阻礙寒潮南下。
這個時候就看出阿巴拉契亞山脈的作用了
（2019年1月寒潮南下）
（圖：NOAA）▼
近年來氣候變化日益明顯，北極海冰持續減少，北極冷渦變得很不穩定，巴芬島上空的冷渦中心經常南下到五大洲周邊地區和美國東北部，在北美的人口密集地區肆虐。而美國的中央大平原同樣地勢低平，有利于寒潮的進一步南下，冷空氣常常得以貫穿全美，美國自然深受其害。
也就是說在駐巴芬島北海龍王面前
從哈得孫灣到墨西哥灣，幾乎無險可守
南北向的密西西比河上空，寒流可以肆意流淌
每次冷渦一到，美國各地降溫幅度也非常夸張。今年1月，其在北京創造的最低溫度是-19℃，而五大湖周邊受寒潮影響時，則動輒出現-30℃的低溫。南下的冷渦除了帶來低溫，還與哈得孫灣與五大湖的水汽碰撞，導致大規模降雪、道路結冰、凍雨等次生災害，為交通、供電、農業帶來巨大壓力。
2月19日早晨的低溫美國
圖中溫度應為華氏度，1華氏度相當于-17.22攝氏度
-10華氏度，相當于-23攝氏度，相當冷了
（圖：NOAA）▼
換句話講，冷渦為美國帶來的除了“冷”，還有“凍”。
美國這一次寒潮范圍之廣也實屬罕見，從加拿大邊界的圣勞倫斯河到墨西哥邊界的里奧格蘭德河，美國本土領土從北至南近2000英里的廣袤土地被寒潮貫穿，普遍遭遇降溫。1.54億美國人可能受到寒潮的影響，位于平原地帶的亞拉巴馬州、俄克拉荷馬州、堪薩斯州、肯塔基州、密西西比州和得克薩斯州先后發布了緊急聲明。
相當于得克薩斯可以和阿拉斯加一個溫度
免費體驗了一把北極
（2月15日北美氣溫，圖：NASA）▼
美國得克薩斯州遭遇暴風雪襲擊，導致超過400萬戶家庭斷電、超過1490萬人無水可用的事，引發全球關注。
與此同時，南歐希臘多地遭遇罕見大雪，斷水斷電、學校關閉。譚老師地理工作室綜合整理
暴風雪為何奇襲以沙漠、烈日著稱的美國南部和陽光海灣的希臘。其實“癲狂”天氣的成因非常多，今年這波重點關照南方的暴風雪有三大因素值得重點分析。
我們常常會聽到“來自西伯利亞的冷空氣”這樣的說法，其實西伯利亞并不是冷空氣的老家，而是冷空氣的“中轉站”和“加油站”，真正的冷源是極地。
地球在不同的緯度接收到的太陽輻射也是不同的，極地接收到的熱量最少，赤道則最多。這就造成了極地的地表溫度低、氣壓高，赤道的地表溫度高、氣壓低。相對應的，在極地的高空也就是平流層出現了低氣壓，從而形成了極地渦旋，簡稱極渦。
每年冬天，正常情況下，平流層的極渦都是被強烈的西風圍繞，極冷空氣如同戴上了緊箍咒被圈在極區內，這時候我們的氣候正常，氣溫起伏相對較小。但在異常情況下，平流層極渦會被擾動，變形或崩潰，這就好比禁錮冷空氣的緊箍咒被平流層打破，其效應向下傳導，會迫使對流層極區的冷空氣大規模向南擴散，寒潮就此爆發，影響開始擴大。
△非正常
△正常
眾所周知，影響天氣的因素出現在大氣層的最底層，就是約10公里厚的對流層。而連民航飛機都飛不到的平流層的變化，有時也會與對流層相互作用，從而影響我們的天氣。
年2020末至21年20初，北極上空的平流層出現了異動，是一次典型的“平流層爆發增溫”。平流層爆發增溫是低層的大氣波動在某種有利的條件下被傳播到平流層，而影響了平流層的環流所導致的。動畫是平流層中層約30公里高度也就是10hPa的溫度變化，我們可以看到北極極區的氣溫迅速上升。年202012月31日極區氣溫約-62℃，21年201月4日驟然上升到-22℃，在短短5天時間內極地平流層溫度上升了40℃。極區平流層的異常增溫會伴隨平流層逆時針旋轉的強大西風環流減弱或轉為順時針，平衡就這樣被打破了。
△21年20初平流層爆發增溫
平流層增溫從醞釀、發展到爆發所產生的效應，通常需要大約2周左右的時間開始影響到對流層，并在接下來1個月左右的時間內持續影響對流層氣候。然而，強的平流層爆發增暖并不是每年都會發生，并且每次發生也并不總是影響同一個地區的天氣氣候，今年恰好影響的是歐洲和美國。
暴風雪為何奇襲得州和雅典？
首先，本次寒潮由極渦親自掛帥南下 ，所以無論降溫能力還是影響范圍都是王者級別。在剛剛過去的十天，歐洲、北美成為北半球氣溫偏低最為明顯的區域，很多地區偏低在10℃以上。
其次是地形因素影響，在冷空氣南下的移動過程中，如遇地勢比較平坦順暢，那么速度自然就快，消耗就少，反之則慢，消耗也大。因此，海洋、平原地區冷空氣所受阻礙少；山地對冷空氣前進阻礙大。美國西部山多、中東部是平坦的中央大平原，此次冷空氣順著洛基山以東，從中央大平原一路向南，沒有任何阻擋直達墨西哥灣沿線。當寒潮到達的同時，來自墨西哥灣的暖濕氣流同步抵達這一地區，寒潮主導加之暖濕空氣配合，造成這一地區大范圍的降雪天氣，并導致極其嚴重的影響。
△美國得克薩斯州遭遇暴風雪襲擊（圖片來自：CNN）
隨著全球氣候變暖的趨勢日益加大，極端天氣氣候事件有增無減。當北美、歐洲極寒的時候，我國的2月份則是暖得驚人，華北、黃淮等地紛紛突破2月歷史最高氣溫紀錄。在未來，我們可能面臨更加炎熱的夏季、更加猛烈的對流，同時也有更加頻繁的冬季寒潮影響。
科學家們一直認為，地球的環境問題是一個巨大的問題，隨著人類的不斷發展，人類對地球資源的需求也在不斷增加。但人類對資源的不斷開采，也使地球環境遭到嚴重破壞，地球資源日益短缺，不斷排放的溫室氣體使全球氣候變暖問題日益惡化，而且將日益難以控制。
我們都知道，溫室效應導致全球溫度上升，南北冰川大范圍融化，海平面上升，海岸線也在退步，但是，最近有專家說：全球變暖將會停止，開啟冷卻模式，甚至會變冷。究竟發生了什么事呢？
隨著人類對環境無止境的索取和破壞，越來越多的嚴重問題也逐漸擺在眼前，“溫室效應”就是其中一個令人痛心的嚴重問題，但這段時間，科學家們發現了另一個即將出現、將給地球和人類帶來危機的現象，即幾十年后即將到來的“小冰期”。
如其名稱所示，我們可以從字面上理解，這是一種導致溫度急劇下降的現象，當“小冰河時代”來臨時，太陽向地球傳遞的逐漸消退的溫度將大幅降低，冷卻將不可避免地成為難題；這種現象的提出來自一位美國科學家的研究，他們利用儀器記錄下太陽活動的周期，也正因為這樣才能發現太陽極小期。
據科學家分析，到2050年，太陽將進入一個奇怪的“蒙德極小期”，這是一次推測性的事件，科學家們認為，該事件導致17世紀中期地球異常寒冷，當時英國倫敦的低溫已經使泰晤士河封凍。另外，1658年，波羅的海還遭遇了一場罕見的冰凍，直到今天還無法想像，那就是瑞典軍隊能夠在冰面上遠足并入侵丹麥。
在此項研究中，物理學家 DanLubin領導了這一研究，他認為，這些事件與太陽活動的循環有關，而且在未來30年到達極小期之前，我們可能會經歷比17世紀中期更糟糕的情況。
第一個影響是，當太陽的能量減少時，地球平流層的臭氧層變薄。與此同時，它會使平流層的溫度結構發生變化，進而改變底層大氣環流，尤其是影響風向和天氣模式。但冷卻并不均勻，科學家們注意到，歐洲地區可能在極小時期出現明顯的冷卻，但阿拉斯加和格陵蘭南部卻異常溫暖。
也許許多人都認為，地球冷卻是件好事。但是，實際上，太陽極小期所帶來的涼爽并不適合地球，比如說，夏天的時間會縮短，而糧食可能因此而減產，嚴重的話，可能會導致糧食供應不足的問題。
北極地區是全球變化響應最敏感的區域，北極地區地表氣溫的增暖速度是全球平均的2-3倍，稱之為北極放大效應（Arctic Amplification）。過去30年來北極氣溫異常值越來越大，到2019年已經升溫達3攝氏度以上。為什么北極升溫速度比其他地方快？
1.海冰—反射率正反饋
我們都知道，白色冰雪對于太陽輻射是具有反射作用的。全球氣候變暖，北極地區海冰消融變成開闊水面，海冰的反射作用消失，而海水吸收和儲存了更多的太陽輻射，海水對近地面的加熱作用隨之增強，導致近地面升溫。更暖的氣溫使得海冰進一步減少, 從而形成了海冰—反照率正反饋，加速了北極的升溫速度。
海冰反射率
2.大氣溫度反饋
根據普朗克定律可知，在同等的外部輻射強迫下，絕對溫度越高，為達到向外輻射能量平衡所需要的溫度調整便越小，反之亦然。比如在30°C時，為平衡1 W/m2的輻射強迫氣溫需要升高0.16°C，而在-30°C時, 為平衡同樣能量所需的增溫則達到0.31°C。由于北極地區的絕對溫度明顯低于中低緯地區，在同等輻射強迫下，北極地區需要更高的增溫來達到新平衡。所以這也會造成北極地區升溫比其他地區快。此外，由于北極地區的增溫主要在大氣的低層，而熱帶地區主要在中高層，因此大氣增溫對于北極地表溫度升高影響更顯著。
不同地區的熱輻射強度因溫度和吸收能量等而有差異
3.云和水汽反饋
眾所周知，水汽是一種重要的溫室氣體，能夠吸收大氣中的太陽長波輻射并儲存熱量，增強大氣的保溫作用。隨著全球氣候變暖，北極地區大范圍海水蒸發，大氣中水汽容量增多，對應的云量也會增多，大氣的保溫作用增強，造成北極地區升溫。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年來北極海冰減少和北極增溫的重要原因。
大量水汽入侵后對北極氣溫快速升高
4.除以上三點原因外，大氣環流和洋流也能將低緯度的水汽和熱量輸送到北極。
北極放大效應的驅動機制
一、溫室氣體增加導致全球氣溫升高，北極海冰融化后海水吸收了更多的太陽輻射，進而導致海冰進一步減少，從而造成北極氣溫的進一步升高，形成了惡性循環；
二、北極云量和水汽的增加導致更多的長波輻射被反射回地面；
三、中緯度波動向北極輸送更多的熱量和水汽（一種溫室氣體）；
四、海洋變暖后向極地輸送更多熱量，導致海冰融化；
（圖片源自AER）
北極升溫和海冰較少影響
首先，北極陸地和海洋生態系統發生變化。在陸地上，積雪快速融化，植被覆蓋增加，樹線北移；在海洋里，溫度和光照的增加促進了浮游植物的生長，魚類等隨之北上，漁業資源也北移。極地是全球生態安全的屏障，作為地球上的生態脆弱帶，這些變化可能給寒冷生態系統的微妙平衡帶來重大破壞。
其次，二氧化碳等溫室氣體的循環過程發生極大改變。北極是目前地球上碳源匯格局變化最劇烈的地區。
碳源和碳匯分別指二氧化碳的釋放源和吸收體。一方面，地表大量營養鹽物質在冰層融化后被沖刷入海，開闊海域面積和持續時間增加，都有利于海洋植物的生長，加強了碳從海洋表層向深層的轉移和埋藏，這一將碳“抽”入海底的過程也被形象地稱為“海洋生物泵”；另一方面，凍土層加速融化加劇了土壤中甲烷和二氧化碳的釋放，海域的擴張也加大了浮游生物對二甲基硫等溫室氣體的排放。可見，碳源和碳匯在北極都有所增加。總體來說，北冰洋是大氣二氧化碳的“匯”，但這個“匯”涉及上述陸地與海洋物質交換的多種過程，未來究竟會如何變化，目前尚不得而知。
最后，北極地區發生的海—冰—氣相互作用過程也對北半球的氣候和極端天氣產生了影響。北極海冰面積減少會導致北半球冬季大氣環流場的變化，造成中緯度氣壓降低和高緯度氣壓升高，給北半球國家帶來頻繁的寒潮與暴雪，甚至影響霧霾的擴散。此外，冰層的融化也會導致海平面的升高。據估算，如果格陵蘭島的冰川全部融化，全球海平面將上升約7米。即便較小的海平面上升，加上臺風、風暴潮等極端天氣的共同作用，也將給沿海地區帶來巨大災難。
北極的快速變化也能帶來新的經濟機遇：北極航道通航能力增強，油氣、漁業等資源開采的條件將大為改善。然而，對于北極，我們已知的還很少，未知的還太多。未來，對北極變化情況及其生態效應影響還需開展更多的科學研究。在此基礎上，各國也應立足長遠，為應對氣候變化、規范北極治理積極展開磋商和合作。
1982-2007，北冰洋較厚冰層逐漸減少
（圖片：wikipedia@National Snow and Ice Data Center）▼
冰蓋融化導致極地冷渦南移
在正常年份，北極的海冰面積在3月份時到達最大值16000000平方千米，9月份時經過一整個夏季的融化，到達最小值7000000平方千米。因為海冰的反照率遠遠大于海水，所以冬季時可以反射而不是吸收更多的太陽能，夏季則相反。數百萬平方千米的冰蓋與海水之間的切換，對全球氣候都能起到影響，對北半球中高緯度的影響尤其明顯。
夏季和冬季差異很大，這是一個巨大的調節系統
（參考：NOAA）▼
冰蓋減少會造成大氣環流的異常，重要表現包括向極溫度梯度減弱（因為北極自己的氣溫上升了），大陸上空緯向西風減弱，西伯利亞高壓增強等等，而后者對中國冬季氣候來說至關重要。
此外，極地渦旋是影響氣候的重要因素，它是大氣高層的緊密旋轉氣流。漩渦可以將極地溫度極低且密度較大的空氣，一直通向上空的平流層，就像無形的彈力繩“束縛”著冷空氣，把冷空氣限制在北極地區。
它的形成源于地球高低緯度之間的氣壓差（也就受到溫度差的影響）。北極與赤道的溫差越大，極地渦旋也就越穩定，越能將冷空氣鎖定在極地。
一旦極地渦旋偏弱，留出的空間就會被較為溫暖的氣團北上占據，擠壓極地渦旋原本的空間。受到擠壓的極地渦旋影響范圍就變得不再穩定、規則，北極氣團就可能被“擠”到更靠南的地方。
嚴重時，極地渦旋本身也會發生分裂。正常情況下，北極渦旋會分裂為兩個，分別分布在加拿大的巴芬島和西伯利亞東北部，它們分別控制著西北半球和東北半球的高緯度氣流，這種情況也還算穩定。
全球變暖越來越顯著，這導致海冰減少，反射減弱，吸收更多太陽熱力，海冰進一步減少的惡性循環，所以出現了非常反常識的現象——北極升溫幅度接近其他地區平均升溫幅度的三倍。
北極比赤道暖化更快也就意味著兩者之間的溫差正在減弱，大氣環流也因此受到影響。繼而，它減弱了極地渦旋和西風急流，使西風急流較為波動，有利于北極冷空氣南侵。
所以在過去四十年，極地渦旋的偏弱的趨勢在逐漸明顯，在近年來終于愈發明顯地出現分裂。在最嚴重時分裂為雜亂無章的數個，并南下到北半球中高緯地區，這也就解釋了為什么在2010年代，美國東北部的冬季變得更加嚴酷。
除了極地渦旋減弱的大環境，發生于赤道中東太平洋的拉尼娜事件，對這個尤其寒冷的冬季也起到了推波助瀾的作用。
拉尼娜現象源自東南信風吹走了太平洋東部被曬熱了的表層海水，導致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和東部海洋表面溫度的大尺度降溫，并影響熱帶大氣環流，進而影響風和降雨量。它對天氣和氣候的影響通常與厄爾尼諾現象相反，對中國來說，增加冷冬出現的概率。
北極變暖有那些影響？
1.對中緯度天氣氣候的影響
2.加劇水分循環
冰層是全球淡水的重要來源，儲存著全球70%以上的淡水，是地球上最大的淡水庫。短期內，冰層融化可增加周邊河流水資源的供給，通過水分循環使降水增多，緩解干旱地區水資源短缺的狀況，改善生態環境，對灌溉農業的發展和缺水地區生物的生存具有積極作用。但從長期來看，冰層融化會造成未來水資源供應不足。
3.改變大洋環流
由于北極冰層融化及降雨量增加等因素，大量淡水匯入北大西洋和北太平洋，影響了北極附近的海水濃度。在過去的幾十年里，流向南部的深層海水鹽度變得越來越低，原因是北極冰層融化形成了大量淡水，通過海水運動匯入北大西洋，改變了這些海域的海水鹽度。
海冰融化不會導致海平面上升，隨著北極變暖加速，格陵蘭冰蓋會進一步融化，如果格陵蘭冰蓋完全融化，全球海平面將上升約7米，全球上百個海濱城市包括上海和廣州將沉入水底。
假如南極冰蓋、格陵蘭冰蓋、陸地冰川等的冰層全部融化，海平面將會上升約66米，絕大部分人口最集中、最繁榮、最發達的沿海城市將被淹沒，屆時，我國華北大部分（包括北京和天津）、華東部分、珠三角地區，倫敦、美國佛羅里達州、墨西哥灣等大部分區域、東京、京都等大城市都難逃厄運，日本領土會被海水撕裂成十來個小島，更慘的是擁有1.6億人口的孟加拉國全國將會沉沒。
（圖為海平面升高66米后的海陸分布圖）
5.對人體健康的影響
北極氣溫上升正產生蝴蝶效應，使引發病毒和流行病傳播的一些因素被激活，病毒危機表現出比以往更復雜的形態。
首先，北極氣溫升高導致北冰洋冰層和陸上永凍土融化，被困在永凍土下數百萬年的遠古病毒正“蠢蠢欲動”。
其次，覆蓋在北極海洋的冰層不斷消融，使得生活在大西洋和太平洋的生物開始融合。在冰層融化前，兩大洋的生物被北極厚厚的冰層阻隔，形成了相對獨立的基因系統，彼此間都缺乏抵御對方疾病的抗體。而冰川的消失，讓這些生活在不同區域，攜帶不同疾病的海洋生物相遇，不可避免將會導致一些致命疾病的傳播。
再次，氣候變暖使一些野生動物物種，被迫遷移到以前因過于寒冷而不適宜動物生存的地方。可以想見，世界各地大批候鳥的棲息環境也會因氣候變化而變，候鳥的遷徙行為將隨之變化，這種變化使得人禽共染病毒有更多的機會得以傳播，如多種禽流感。
最后，雖然目前北極地區仍是一片荒涼，深層永凍土層尚可獨安一隅，但人類的科研和生產活動已開始在這一區域啟動，采礦和鉆井作業所需要的挖掘可能讓這些古老的凍土層暴露出來，如果那里仍然存在有活力的病毒粒子，將可能帶來未知的災難。
這頭冰凍的長毛猛犸象遺體是在俄羅斯西伯利亞永久凍土地帶被發現的，距今約有39000年歷史
數據顯示，在2004年和2009年，病毒感染的幾率是其他年份的9.2倍，這與當年海冰的消融有關。海冰消融導致極地動物尋找新的棲息地，隨著這些動物的遷移及與其他物種的接觸，可能會引入和傳播新的傳染病。研究人員表示，隨著北極海冰的持續消融，病毒跨越北太平洋和北大西洋傳播可能會越來越普遍。
法國科學家復活的一種在西伯利亞永久凍土中冷凍了3萬多年的巨型無害病毒
科學家還在冰川中發現了古老病毒。1999年，美國科學家在格陵蘭島深達2000米的地下冰芯樣品中檢測到了“番茄花葉病毒”的影子，由于這種病毒很穩定，它們的基因組在冰層里埋藏了14萬年還能被檢測到。這也是目前發現的最為古老的病毒基因組痕跡。
西伯利亞永凍層病毒研究成果披露了更多的病毒信息。2014年3月，科學家在俄羅斯的西伯利亞凍土層中發現了迄今世界上最大的巨型病毒，長達1.5微米，可以在光學顯微鏡下直接觀察到，其生存的年代正是史前人類尼安德特人滅絕之時的3萬多年前，科學家將其命名為“西伯利亞闊口罐病毒”。
此外，科學家還發現永凍土內的病菌已經開始威脅人類。2016年夏天，西伯利亞亞馬爾半島上的一群馴鹿和游牧民患上一種神秘的疾病。有關“西伯利亞瘟疫”的謠言一度甚囂塵上。實際上，這種神秘疾病上一次出現在該地區還是1941年。當時一個小男孩和一群馴鹿死亡后被確診罹患炭疽熱。病源是一具解凍的馴鹿尸體，而這頭馴鹿死于多年前的炭疽熱疫情。因此，科學家認為，是氣候變暖促使永凍土層解凍，以致在此地區消失了75年的炭疽桿菌又卷土重來。
醫學專家對2016年亞馬爾半島的這次事件進行了追蹤調查。雖然目前依然不清楚這種病毒是如何感染當地人的，但大多數專家認為，牛虻可能起到了中介宿主的作用。亞馬爾半島的夏季，是牛虻的繁殖高峰期，當地很多傳染病都與牛虻有關。
國際學術期刊《自然通訊》近日發表的一項研究顯示，加拿大北極地區的冰川正在以前所未有的速度消融，深藏地下4萬年的景觀逐漸暴露出來，同時古老的植被和古細菌也得以重見天日。
美國地質勘探局的科學家表示，由于北極海冰融化，北極熊不得不到阿拉斯加北部的陸地上進行繁殖，導致繁殖成功率下降，獵物也相應減少，捕食期越來越短，對北極熊的生存造成影響。此外，北極冰層的融化造成北極狐食物減少、海豹棲息地改變、海鳥養育后代困難、冰藻數量急劇減少等一系列問題，威脅著北極生物的生存。
北極冰層的融化帶來的影響絕不僅僅涉及北極地區生物，還關系到人類生存的環境。冰層的融化改變了北極魚群的生存環境，漁場分布發生變化，將直接影響周邊國家漁業發展。此外，隨著北極冰層減少，海水里的營養物質含量降低，威脅到以這些營養物質為主要食物來源的海洋魚類和浮游生物；食物的減少會使一些種群開始萎縮，進而威脅到以魚類為主要食物的食肉動物的生存；食物鏈變得日漸脆弱，最終將影響包含人類在內的整個生態系統。
海冰減少還會帶來海洋酸化和永凍帶污染物大范圍擴散等重大環境問題，影響海洋生物可利用的光合作用總量，影響大型哺乳動物的生存環境。
（圖片來自網絡）
隨著北極氣候變暖，北半球中緯度地區頻頻發生極端高溫事件，發生森林火災的風險越來越高。
僅2018年上半年歐洲就發生了450起大規模的森林火災，且嚴重森林大火的數量比過去十年多了40%，其中希臘的森林大火是歐洲1900年以來最大的森林火災。
年2020新年伊始，澳大利亞一場“災難級”的山火進入了全球視野，整個世界都為之揪心，據統計，有5200萬的哺乳動物、6200萬的鳥類、3.89億的爬行動物在這場大火中喪生，1070萬公頃的森林和灌木被損毀。大量森林被毀壞，會導致地面反照率下降，吸收更多太陽輻射，還會導致大量的二氧化碳被釋放到大氣中，進一步加速全球變暖。
北極加速變暖會導致格陵蘭冰蓋會進一步融化，引起海平面上升，海水會向內陸倒灌使得鹽土向內陸擴展導致土地鹽漬化和沼澤化，所以靠近沿海地區的種植面積會急劇減少，造成糧食產量下降。
全球氣候變暖將使世界主要糧食帶向極地擴展，并且擴展的速度是年平均氣溫每提高1℃，地球中緯度地區的農作物等將向兩極推進150公里左右，會使較為寒冷的高緯度地區的農作物生長期延長，產量相應增加。而世界上主要產糧地區是分布在中、低緯度地區，高緯度地區的耕地面積有限，因此高緯度地區所增加的糧食產量遠遠不能補償其他地區糧食的減產。
在接近極地和中低緯度高山區域，很多設施比如公路、房屋等都建設在多年凍土之上。據估計，全球大約350萬人生活在多年凍土或鄰近區域。一旦多年凍土開始部分消融，上層土地開始變得非常不穩定，滑坡等地質災害必然會加快，破壞建造在其上的設施。圖5是加拿大一個小鎮上被不穩定的土地破壞的道路。受不穩定的多年凍土影響的區域還有俄羅斯、阿拉斯加、挪威、中國高原區（青藏高原）等等。
圖5. 多年凍土融化破壞其上的道路
事物的變化往往具有兩面性，北極海冰融化對全球氣候、生態等產生消極影響的同時，也產生了一定的積極影響。
北極地區的資源價值將進一步顯現。北極海域的冰層融化使北冰洋底的石油、天然氣等海洋資源的開采變得可行。北極海域洋底的一半為大陸架，自然地質特征決定了北極海域擁有豐富的石油、天然氣及礦物質儲量，但是過去北極海域常年冰封，惡劣和艱苦的氣候條件使開發這些海洋資源遙不可及。而氣候變暖使曾經長期被人忽視的海域，在不久的將來可以變成開發利用的“風水寶地”。
北極航線的經濟價值將得以實現。北極航線是指北冰洋上連通太平洋與大西洋的航線，目前包含西北航線和東北航線，前者為繞過加拿大北部的航線，后者為繞過西伯利亞北部的航線。這兩條航線更接近球面上兩點之間的最短連線（大圓航線），是連接太平洋北部與大西洋北部的最短航線。未來，由西北航線和東北航線形成的新“大西洋-太平洋軸心航線”，將成為北美、北歐和東北亞國家之間最近的海上通道，亞、歐和美洲之間的航線將縮短6000~8000公里。
北極航線通航的重要意義體現在它連接的是世界最為發達的經濟區域。世界經濟發達國家大多集中在北半球的中高緯度地區，北極航線為這些國家的經濟貿易提供了更便捷的通道。北極航線一旦全線開通，必將對世界航運格局產生重大影響。
觀測數據、再分析資料和模式模擬均顯示全球氣溫在過去幾十年持續升高，北極的升溫速率大約是全球平均升溫速率的2倍，即北極放大效應（Arctic amplification）。有關北極放大及其驅動機制是目前極地氣候學的一個研究熱點和前沿，受到了學界廣泛關注。目前，學界對北極放大的認知主要局限在過去幾十年其在季節、年際上的變化。北極放大在更長時間尺度上是如何變化的？其年代際或多年代際變化特征和驅動機制是什么？自然驅動和人為驅動的相對貢獻分別有多少？目前還缺乏相關認知。
過去千年是當前氣候變化的背景，包含了氣候系統從月到百年的變化周期。因此，從科學意義上來看，過去千年是研究北極放大的理想時間段，不但有助于認識當前北極放大所處的歷史背景和地位，還將有助于理解該效應的多年代際變化特征以及厘清在自然變率和人為影響下北極放大的驅動機制。
中國科學院西北生態環境資源研究院、中科院青藏高原研究所、瑞典倫德大學、瑞典哥德堡大學等研究人員，借助能最優融合記錄和模式的古氣候數據同化方法，通過同化北半球樹輪、冰芯、湖泊沉積物等氣候代用資料，重建了北半球、過去千年、逐年、2°空間分辨率的年均氣溫格網化數據。該重建數據和格網化觀測數據以及多條基于多源代用資料重建的北半球氣溫序列之間具有很好的時空一致性。以重建的過去千年北半球氣溫格網化數據為基礎，研究人員進一步重建了世界上首條過去千年北極放大指數序列。
研究表明，不管是多模式模擬結果還是古氣候數據同化結果，北極放大指數在過去千年均呈現顯著的下降趨勢（p < 0.001）（圖1）。在千年尺度、多年代際變化上，北極放大和大西洋多年代際濤動（AMO）、溫室氣體（GHGs）之間具有顯著相關性（p < 0.001）且這兩個因子能解釋北極放大變化的大部分驅動來源（圖2）。北極放大變化和其他因子【如太平洋年代際濤動（PDO）、北大西洋濤動（NAO）、厄爾尼諾/南方濤動（ENSO）、北極海冰范圍、太陽活動、火山活動】之間在上述時間尺度上沒有顯著的相關性。工業時代前，北極放大的多年代際變化主要受AMO主導；在工業時代，北極放大的多年代際變化受GHGs和AMO雙重主導，且GHGs濃度升高會顯著弱化由AMO所調控的北極放大強度。此外，現有研究所指的北極放大效應，通常是指北極增溫幅度大于中低緯度地區。而該研究表明在小冰期（~1550-1850 AD）北極變冷的幅度明顯大于中低緯度變冷的幅度，北極放大效應在人類強迫很弱甚至人類強迫幾乎可以忽略不記的時期依然表現得很明顯。
該研究把當前學界對北極放大效應研究的視野從過去幾十年延伸到了過去千年，把對北極放大效應研究的時間尺度從季節、年際擴展到了多年代際，并且從主要受自然因素影響和自然-人為雙重因素影響的角度出發，闡明了北極放大在千年尺度、多年代際變化上的驅動機制。
專題練習
2017年2月8日，格陵蘭島北端的氣溫升至0℃以上，引發世人關注。近30年來，北極地區不僅在變暖，而且變暖速度是全球平均速度的2倍，這種加速變暖現象被稱為“北極放大效應”。據此完成1，2題。
1．“北極放大效應”現象的形成機制是 ( )
A．受高氣壓帶控制，晴朗天氣多
B．極晝時間長，海水熱量收入多
C．海冰消融，海面的反射率下降
D．周邊國家的溫室氣體排放劇增
2．受“北極放大效應”的影響，下列北極地區的現象中，首現日期推遲的是 ( )
A．苔原植物的花期
B．北極鴨的北遷日期
C．入海河流的汛期
D．沿海港口的封凍期
CD 1、根據題干信息“近30年來，北極地區的變暖速度是全球平均速度的2倍，這種加速變暖現象是北極放大效應”，從中可以提取隱性信息：全球都在變暖，但北極地區變暖速度比其它地區速度要快，所以解題關鍵是”要和其它地區比較，或者是北極地區30年前后比較“。回到選項中，北極地區并不全是受高氣壓帶控制，且北極地區受風帶與氣壓帶控制不會是在短短的30年內出現變化，同樣的氣壓帶或風帶控制，不會出現30年前后不同的變暖速度，A不符合；極晝時間長，海水熱量收入多也不會導致30年前后的變暖速度不同，且緯度較低的一些海區其海水熱量收入要比北極地區收入還要高，B不符合；周邊國家的溫室氣體排放不會只往北極地區方向流動，且北極地區的風帶為極地東風帶，所以D也不符合；而由于全球氣候變暖，兩極地區海冰融化，北極海冰減少后，對太陽輻射的反射率下降，海水吸收的太陽輻射量會增加，會導致北極地區變暖加速，故C正確。2、“北極放大效應”其實就是北極變暖的現象，區域變暖，平均氣溫上升，植物的花期就提前，不會推遲，A錯；變暖后冷的時間減少了，冷的程度降低了，北極鴨北遷返回原地的時間只能提前而不會推遲，B錯；變暖周邊陸地上的冰原或積雪融期提前、融速加快，入海河流的汛期也不會推遲，C錯；北極區域變暖了，平均寒冷期就會減少，所以沿海港口的封凍初始期只會往后推遲，解凍期提前，所以D正確，故本題選D。
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