圣诞老人将把极地涡旋的一部分带到你的城市——做好准备。
这是美国一家主要媒体在严酷的北极条件开始向南涌动并即将席卷北美大部分地区时的一篇标题。
新闻报道经常将极地涡旋归咎于像这样的严冬天气。但事实是：那个备受炒作的现象从未进入过你的城市，也从未进入过我的城市，而且永远不会。
它就是做不到。因为极地涡旋是在平流层十到三十英里高空，以北极点为中心旋转的强劲冬季风带。它根本不存在于我们经历冬季天气地面的地方。
这次真正席卷而来的（或者说，在你阅读本文时可能已经到来）是凶猛的北极寒流，通过急流一个巨大的南摆打开的“门”向南涌动。这个急流位于约五到八英里高空，比极地涡旋低得多，通常也更靠南。
正如动画所示，急流预计将大幅向南弯曲，从西向东横跨北美大部分地区，动画显示了直到圣诞节当天的情景。（图片来源：Tom Yulsman 使用 earth.nullschool.net 的图像制作的动画）
Tom Yulsman 使用 earth.nullschool.net 的图像制作的动画
“作为大气科学家，当“极地涡旋”一词被随意用来指代寒潮时，我们都会感到不适，” Zachary Lawrence 和 Amy Butler 在去年类似的北极寒潮之后在 The Conversation 上写道。“真正的极地涡旋无法在你的后院下雪，但极地涡旋的变化可以增加出现冬季天气的可能性——而今年，机会已经很大了。”
就像去年二月的北极寒潮一样，机会再次降临。
将恶劣的冬季天气归咎于极地涡旋并非新鲜事。在去年二月的寒潮之前，曾出现过诸如“当极地涡旋穿越马萨诸塞州时，鳕鱼角（Cape Cod）预计将出现接近暴风雪的天气，沿岸其他地区预计将有小雪。”这样的标题。嗯，不对。
这种误解至少可以追溯到 2014 年 1 月，当时一次特别极端的北极寒潮在许多新闻报道中被称为“极地涡旋”。（好吧，我承认——我自己也这样做过。我错了！)
消除混淆
为了帮助我理清这一切，并希望能够消除你可能存在的任何困惑，我采访了 Woodwell Climate Research Center 的资深科学家、以其在极地涡旋研究方面的知名度而闻名的大气科学家 Jennifer Francis。
“我一直在努力，在做公开演讲时解释人们对平流层极地涡旋的真实含义存在很大的混淆，”她告诉我。“我很明确地说，它不是发生在低层大气——它只发生在平流层，而且只发生在冬季。”
她指出，有时极地涡旋和急流会相互影响。“但其他时候，它们完全独立。”
当它们确实相互影响时，这实际上是如何发生的呢？科学家们对此有一些很好的想法，但细节尚未完全弄清楚。简而言之，以下是已知的情况：
通常情况下，平流层极地涡旋被紧密地约束在北极上空，风速超过每小时 100 英里。这有助于封锁难以想象的极寒空气：在极地涡旋的范围内，温度可以降至零下 100 华氏度以下。
扭曲的极地涡旋
但是，强大的风环带会被移动到低层大气的气象系统扰乱，导致它变得扭曲。正如 Zachary Lawrence 和 Amy Butler 在他们的 Conversation 文章中所说：“像橡皮筋一样，极地涡旋通常会恢复到正常形状和大小，保持其强风和低温。”
但有时，对极地涡旋的扰动会非常显著，导致它严重拉长，甚至分裂成两块或更多块。（要查看 Lawrence 制作的绝佳的 3D 模拟动画，请看这里。）
“有时它会拉伸，甚至分裂成独立的漩涡，”Francis 告诉我。“当这种情况发生时，我们知道北半球的某个地方将会出现异常天气。现在就是其中一次。”
截至 2022 年 12 月 18 日，平流层极地涡旋被拉伸成椭圆形，导致平流层低温向南延伸比正常情况更远。当这种情况发生时，急流——一个与极地涡旋分开且在低层大气中流动的现象——通常会变得更加弯曲。这可能导致北极空气下沉到地面，引发严寒。 （图片来源：tropicaltidbits.com）
tropicaltidbits.com
一个失控的平流层极地涡旋如何转化为急流的变化，从而为北极空气涌入南方打开大门？
“两者之间的联系非常复杂，而且会发生变化，”Francis 说。“模型对平流层的表示非常不充分，所以这是正在进行的研究的课题。”
已知的是：当极地涡旋拉长或分裂时，急流可以开始感受到上方发生的事情。而正如现在发生的那样，它会形成巨大的起伏，在某些地方急流的流动比往常向南延伸得更远，并带来了北极的严寒。
此次预计的严寒北极空气涌动和主要冬季风暴的进展，在本次可视化中可以看到，从 2022 年 12 月 21 日上午到圣诞节当天。每一帧 Advance 12 小时。（图片来源：Tom Yulsman 使用 earth.nullschool.net 的可视化数据制作的动画）
Tom Yulsman 使用 earth.nullschool.net 的可视化数据制作的动画
当然，还有许多其他相互作用的因素使情况更加复杂。例如，目前我们正处于一个拉尼娜现象中，它对急流有自身的影响。
北太平洋还有一个巨大的温暖水域。 （参见这张海面温度图中北太平洋巨大的红色区域。）说到异常温暖的海面温度，气候变化可能以科学家们正在努力弄清楚的方式影响着事情。
例如，去年，科学家们发现了一系列过程，将北极气候变化与平流层极地涡旋的扰动联系起来，并最终导致北半球中纬度地区出现极端寒冷时期。但是，其他研究表明，尽管北极变暖加剧，但在 2010 年至 2020 年期间，过去几十年出现的急流波动和极端寒冷爆发的上升趋势并未持续。所以这个问题仍在争论中。
除了气候变化问题，所有这些复杂性意味着，当平流层极地涡旋开始失控时，要预测几周后的天气如何反应是相当具有挑战性的。但是，随着时间的推移，天气模型开始更好地掌握所有影响因素，最终帮助预报员自信地指出北极寒流将何时何地发生。
气温即将骤降
在我写这篇文章的时候，星期三下午 12 点刚过，12 月 21 日，我住的科罗拉多州博尔德附近的气温已经飙升到令人欣喜的 50 度。但我知道通往北极的急流之门现在已经大开。所以几个小时后，雪就会开始落下，到午夜左右，气温将骤降到零度以下。
我知道平流层极地涡旋已经介入，但我不会在社交媒体上说“极地涡旋已经来到我们这里”之类的话。
更新于 2022/12/22：关于极地涡旋的混淆仍在继续。纽约时报发表了一篇报道，称：“极地涡旋正在降临美国中部，带来刺骨的北极寒冷空气，导致许多地区的温度迅速骤降。”
诚然，平流层极地涡旋已经拉伸，导致其一部分比正常情况更向南移动到北美。但“降临”一词在这种情况下尤其具有误导性，它暗示着极地涡旋将北极条件带到了地面。正如我们所见，这在科学上是不准确的。
更好的说法是：“急流巨大的南向弯曲打开了通往北极的大门，让严寒涌入北美大片地区，导致气温骤降，有些地方的速度创纪录。这是几周前开始的一系列大气事件的结果，当时平流层极地涡旋——通常在高空盘旋的北极高速风带——开始向南拉伸。”
有关这些问题的科学探讨，请参阅 Zachary Lawrence 和 Amy Butler 参与的这篇 2022 年 5 月的论文：《名称中的含义？关于“极地涡旋”一词的使用和意义》
