北極振盪與極地旋渦（安德烈）

觀點

2016-01-28 |

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每當寒冬來臨之時，總是有地理白痴會問：說好的全球暖化呢？有讀過一點地理的人應該也知道，全球暖化是指平均氣溫急速上升，令氣候劇變；而當氣候劇變之時，極端天氣，包括極寒與極熱的天氣，也會愈來愈多。而今年2016年1月突如其來的寒流，正正是極端天氣的例子。本文將解釋其成因。

是次北半球大範圍地區皆受寒冬衝擊；美國東岸亦因而暴雪成災（http://www.bbc.com/news/world-us-canada-35374741 ），令人想起2009年冬天歐洲的暴雪；而形成的原因，涉及兩個現象：北極振盪 Arctic Oscillation以及極地旋渦Polar Vortex。

首先要先了解決定風向之因素。風之所以形成，是因為氣壓差異：空氣總是由高壓流向低壓，這種推動空氣流動之力量稱之為氣壓梯度力（Pressure Gradient Force）。然而，由於因為地球會自轉，所以風向會有所偏移，這種偏移之力量稱之為科氏力（Coriolis Force）；在北半球偏右，南半球偏左。再加上摩擦力的阻礙以後，就形成我等所見之風向。因此，在天氣圖中，北半球的高壓區的風會順時針向外擴散（divergent），而北半球的低壓區的風則逆時針向內聚合（convergent）。

正常情況下，北極圈內會形成「極地高壓」，寒風會由之四周散開，形成極地東風。不過這些風吹得有多遠，取決於極地與中緯度的氣壓差距；量度此差距的指數稱之為北極振盪。北極圈的氣壓異常地高於中緯度之氣壓當且僅當指數為負數，並且，北極圈的氣壓異常低於中緯度之氣壓當且僅當指數為正數。因此，在北極振盪為正數時，中緯度氣壓較高，北極圈的氣壓較低，北極的寒風就吹不下來，該年冬天會較暖。反之，當北極振盪為負數時，中緯度氣壓較低，北極圈的氣壓較高，朔風就可以長驅直下，該年冬天會較冷。而今年2016年1月，在這個厄爾尼諾的年份，北極振盪竟然是負數（見下圖），北半球氣壓異常地高，中緯度地區異常地低，朔風就吹下來了。

source: https://www.aer.com/science-research/climate-weather/arctic-oscillation

北極振盪為負數時，極地旋渦亦會增蛋。極地旋渦是指在對流層頂至平流層之間（即高空）形成的大型氣旋（空氣急速旋轉且輻合），主要發生在極地高壓帶與極地鋒面（polar front，約 60ºN）之間。高空的氣壓與低空是相反的；高空低壓，就代表空氣都往低空跑，所以低空是高壓。北半球在冬天通常會形成兩個極地旋渦，一個在加拿大巴芬島，另一個在俄羅斯西伯利亞。高空的冷空氣急速轉動，形成極地高速氣流（polar jet stream），將本來在中緯度高空自西向東流動的高速氣流「變曲」，往南推。結果冷空氣就向南移。

source: https://www.climate.gov/news-features/event-tracker/how-polar-vortex-related-arctic-oscillation

source: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/N_Jetstream_Rossby_Waves_N.gif

離地太久，有點左膠味，讓我等現在心繫本土，回到近地的低空。下圖是1月23日北極圈低空氣壓圖，可見極地高壓以及冰島低壓把一股冷風推向北美洲東岸。

http://www.weather-forecast.com/maps/Arctic?over=pressure_arrows&symbols=cities.forecast.dots&type=wind

那對亞洲有甚麼影響呢？下圖分別是北亞和東亞在1月23日國際時間下午6點的天氣圖。在西伯利亞有一狹長的高壓區，稱之為蒙古西伯利亞高壓，在冬天常見；由於極地旋渦，把高空的冷空氣壓下來，所以蒙古西伯利亞高壓增強。白令海上的低壓區亦常見於冬天，稱之為阿留申低壓；兩者的氣壓差異比以往的冬天強，於是就把寒風拉向東亞，嚴重影響日本、韓國、台灣及香港。特別地，由於印度次大陸以北有喜馬拉雅山和青藏高原，把冷風擋住，所以等壓線沿著山脈急速收窄，印度的冬天依然和暖。寒風就只好繞道中國東南。由於嶺南只有丘陵，擋不了太多寒風，所以香港氣溫急降。