2015年12月30日，北大西洋上的风暴系统风暴眼在冰岛附近，图中圆圈为北极点。
2016年1月21日，成都彭州山区，突如其来的寒流让这里变成一片雪白的世界，杉树变成雾凇，仿佛在东北一般。
2016年1月21日，成都彭州山区，大雪过后仿佛林海雪原一般。
正相位 负相位
这些发光的线条是正带来降雪天气的冷空气。22日晚7点，北半球的气流情况，圆圈为北极点附近。图片来自Earth
冷空气
从本周一开始，逐渐降低的气温让人感到了这个冬天的冷意。越到周末，温度下降越甚。各类天气预报中，形容这次降温猛烈的词不断推陈出新：“《后天》真实再现”啦，“世纪寒潮”啦，“寒潮大Boss”啦，“超级寒潮”啦，无不在强调本次降温势头之猛。想想也是，这个周末成都都要到-3℃了，称其为“今冬最强冷空气”，并不夸张。
话说回来，当普通人看着天气预报在盘算如何把自己裹得暖暖和和的时候，还有一堆人在科普此次降温的缘由探讨，更何况今年这么大强度的降温，没有为什么，谁信呐。在网上广为流传的各种版本里面，极地涡旋南下的说法流传最广。这是真的吗？北极在我们的冬季气候中，究竟扮演了怎样的角色？
北极极涡南下？不见得靠谱
既然都在说北极的极涡南下，那我们先来看看北极究竟发生了什么。如果把时间往后调，倒退至2015年12月份，并且把目光投向北大西洋上空，我们就会发现这里的洋面上形成了一个低气压风暴。这场风暴在西半球兴风作浪，在美国、英国等地带来了暴雨和洪水不说，还一路向北闯去。
四川省气象局气候中心的工作人员介绍，12月30日，这个风暴系统的风眼达到了冰岛地区，也带去了强风和飓风常见的低压，这股低压的飓风也吸走了大西洋洋面上温暖的空气，往北极地区输送，使得北极点附近的气温在短时间内上升，她说：“根据卫星监测的结果分析，北极点附近的温度在短时间内上升了30度，突破了0℃大关，这是北极点在夏天的温度。”尽管这次升温只有几个小时，但是对北半球的大气环流还是造成了一系列的影响。
“北极地区的冷空气被西半球来的暖空气挤了出来，那它只能南下，而且往东南下，影响的就是我们所处的东亚地区。”被问及此次降温的背景时，该工作人员如此回答。被挤下来的冷空气并不是一路畅通直接南下的，而是先到了西伯利亚地区，在那里暂时停留。
中央气象台首席预报员张涛在回答今冬这次冷空气势力为何如此强时说，从大尺度的高空天气系统上看，这次冷空气与高纬度的一个尺度较大、位置偏南的漩涡系统有关，该系统处在较为稳定且不断加强的状态中，有利于冷空气形成并持续堆积。这个涡旋在系统大小、形态稳定和偏南的位置上都比较少见，也是不少网传的贴子中所说的“极涡”，但是张涛认为，这个涡旋是不是属于极涡还有待商榷。
该工作人员介绍，要说到影响我国冬季的寒潮，这些冷空气的一个重要来源就是北极。然而，北极的冷空气并不是直接从北极高纬度跑到中低纬度，而是要在中纬度地区的西伯利亚做一个停留。
西伯利亚是寒潮形成的关键区域，这里在冬天堆积着大量的冷空气。一般来说，西伯利亚高压横亘在亚欧大陆的北端。在西伯利亚高压冷气团西面的乌拉尔山脉和东面的鄂霍次克海地区，都有阻塞高压存在。
阻塞高压是一个气象术语，指的是中纬度西风带长波槽脊的发展演变过程中，在脊不断北伸时，其南部与南方暖空气的联系会被冷空气切断，在脊的北边出现闭合环流，形成暖高压中心，这就是阻塞高压。它出现在中纬度和高纬度地区的大气对流中部和上部，凌驾于地面的冷空气之上。
“阻塞高压的形成会利于西伯利亚的冷空气南下，这才会在我国境内形成寒潮。”该工作人员介绍，这其实就是大气环流调整。在中纬度，盛行西风，大气环流以纬向环流为主，不利于了北方冷空气南下，而大气环流调整以后，大气环流经向度加大，北方的冷空气极易往南侵袭，带来强降温天气过程。西伯利亚高压是我国冬季寒潮的“直接凶手”，也是造成寒潮很重要的原因。
西伯利亚高压和大气环流调整
形成寒潮的重要原因
北极涛动冷空气南下关键
中国科学院大气物理研究所的副研究员王林博士介绍，北极是影响我们冬日气象气候的一个关键因素，因为北极地区的冷空气是我国冬季冷空气的一个重要来源。冬季强大的西伯利亚高压和北太平洋的阿留申低压决定了东亚地区冬季的盛行风：从陆地吹向海洋，冷而且干燥。冬季频繁影响我们的寒潮，也是影响东亚地区典型天气的过程。气象专家们用“北极涛动”这个词来解释北极对中低纬度气候气象变化的影响。
中国气象科学研究院的研究员武炳义等学者在自己的论文中提到，早在上世纪20年代，就有学者注意到冰岛低压与亚速尔高压存在同时加强或减弱的现象，并将这种现象定义为北大西洋涛动，1998年，学者们提出了“北极涛动”的概念，反映的是北极与中纬度地区海平面气压的反相变化关系，冬季北极涛动通过影响西伯利亚高压进而影响东亚季风。
那究竟什么是北极涛动呢？学术地讲，当北极涛动处于正相位时，即北极地区的气压异常偏低，中纬度地区的气压异常增高，极涡加强，中纬度西风带加强并且位置偏北，冷空气被限制在极地，东亚地区的温度就会偏高，容易出现暖冬。与之相对应的是，当北极涛动为负相位时，极涡减弱，中纬度西风带也减弱南移，冷空气容易向南爆发，带来中低纬度的降温天气过程。
上面那段看不懂，那我们就通俗一点解释。王林说，可以把北极地区及高纬度的空气想象成水，装在一个小杯子里面，我们拿一根筷子在水里转着圈搅动，当搅拌的速度比较快时，就能看到水是中间低、四周高地在转圈，中间低的就是极涡，温度很低的低气压，周围绕的一圈比较高的是周边的一圈风。当这个搅动比较强的时候，四周的风也很强，那么极涡的冷空气就不容易突破这个风障南下；如果风比较弱，就容易形成一个往南北方向延伸的脊槽，冷空气就容易南下。
根据一张2015年9月14日至2016年1月11日的北极涛动指数表，2015年12月下半月到2016年1月1日之间，北极涛动都处于正相位，而2016年1月份，突然变为负相位，这表明极地地区气压和中纬度西风带的气压利于冷空气南下。
北极海冰
潜在的另一个影响者
王林说，在北极地区，他们还关注北极的另一样东西——北极海冰。学界认为，大气环流的产生归根到底是由于冷热源在旋转地球上非均匀分布造成的。北极是冷源之一，其气候变化必然会影响大气环流。海冰则是气候系统的重要组成部分，在气候变化中的重要性也日益受到研究者们的关注。这种重要性与海冰的物理属性有关。
首先，海冰能反射大部分太阳短波辐射，这能阻隔海洋与大气之间的热量交换，也能阻隔动量和水汽交换。“因为水会蒸发的，海冰就像是在水和空气之间盖了一层被子，水的蒸发会减少。水的蒸发其实会吸收热量，相当于在进行海水和空气之间的热交换。”其次，海冰的融化和冻结需要吸收和释放热量，这也强烈影响着大气的能量收支。当前，观测海冰最方便，也是最可靠的手段就是靠卫星去检测。
在全球变暖的背景下，北极海冰范围也出现了持续减少的趋势。在2014年，华盛顿大学（University of Washington）和美国航空航天局（NASA）的一项合作研究结果显示，北极海冰积雪已显著变薄，在阿拉斯加西侧水域尤为明显。学者们认为，海冰厚度变薄，随之而来的是开阔水域范围增大，海洋吸收的太阳辐射增多，海水升温，这进一步导致海冰范围缩小。
王林说，“海冰减少的一个直接后果就是海水对北极而言是一个热源，水的温度都是0℃以上嘛。它会加热北极的空气，使之膨胀。带来一系列的后果。”虽然这个后果是什么，目前还有待学者们的研究去发现，但是学界有一个共识，“比如巴伦支海和喀拉海的海冰偏少会造成乌拉尔高压异常，对西伯利亚高压也有影响，进而影响东亚冬天的天气气候。”华西都市报记者王茜
这么强的冷空气今冬还是暖冬么？
其实在今年降温以前，大家关注的不是这个冬天有多冷，而是这个冬天会不会冷。平均气温较往年偏高，是今年冬天的打开方式，“xx地区入冬失败”，是南部一些城市居民开的玩笑。今年是个暖冬，但这个暖冬，跟“全球变暖”的大背景没多少关系，而是跟一种气候现象有关，这就是厄尔尼诺现象，专家会叫它ENSO。
厄尔尼诺带来的暖冬
为什么会这么说呢，先从厄尔尼诺现象说起。四川省气象中心的工作人员介绍，“厄尔尼诺现象指的是太平洋中东部海水温度异常偏高，在大气、洋流的作用下，我国濒临的太平洋西部海域水温会比正常年份偏低。”根据以往的研究和统计结果，厄尔尼诺现行会导致冬季的西太平洋副热带高压偏强，南方的西南风偏强，从而抑制东亚冬季风的强度，导致冬季风偏弱，冷空气下不来。冬季温暖的背后，也影响了我国东部大部分城市的空气质量。
根据国家气候中心监测数据显示，这次海温偏高从2014年9月份就开始了，一直持续到现在，从2015年6月份开始，温度偏高了1℃以上。“美国从2015年3月开始认定是厄尔尼诺现象。这次的厄尔尼诺强度超强，已经逼近了1997年到1998年的水平。1998年夏天的洪水，很多经历者都对其历历在目，那就是厄尔尼诺现象带来的气象灾害。
根据中央气象台发布的近30天全国气温距平实况图，2015年12月30日至2016年1月18日，四川盆地的大部分地区气温都比往年要偏高1-2℃。
暖冬结束？看谁笑到最后
但是不是说有降温就不是暖冬了呢？答案当然是否定的，中国天气网总结了三种典型的“暖冬模式”：第一种，就是从冬天开始到结束，每天都是暖暖暖的打开方式，也就是每天的温度都比常年平均气温高；第二种，可能一开始很冷，有可能气温比常年平均气温低，但是冬季快结束的时候，暖空气来了一个大爆发，逆转了冷空气，给人留下一种“这个冬天不太冷”的错觉。如果说前两者比较好理解，那么第三种打开方式的暖冬，可能会挑战大家的直觉观感，就是：气温上蹿下跳，今天热明天冷，热起来遭不住，冷起来不想出门，然而一算总账，整体还是偏暖的，就有点像我们正在遭遇的这个冬天。
专家介绍，暖冬不仅体现在时间上的平均，也是空间上的平均。从12月开始到来年的2月结束，要计算整个冬天各地赴日冷暖平均情况。冬天还没有结束，这个冬天是不是暖冬，还要看接下来的时间里，冷空气和暖空气谁能笑到最后。华西都市报记者王茜
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