地球上有史以来可核实的最高温度：2021年7月9日加利福尼亚州死亡谷的54.4摄氏度（130华氏度）；这是在亚洲和美国各地录得创纪录的最低温度后仅几个月后出现的。在闷热的天气里，地球迅速变暖的结果很明显。在暴风雪中，可能更难理解全球变暖如何导致如此冰冷。一个国际研究小组研究了过去冬天的三个极端事件，以阐明温度和天气的这种波动的机制。
他们今天（2021年8月9日）在《大气科学进展》上发表了他们的研究结果。
第一作者、阿拉斯加大学费尔班克斯分校气候和大气科学教授Zhang Xiangdong说："要解决的首要问题是，为什么近几十年来极端天气事件在气候变暖的情况下更频繁地发生，以及北极变暖的放大作用是否起到了主导的驱动作用。2020-21年冬季的极端事件提供了一个独特的机会来研究什么物理过程或机制驱动这些事件。"
研究人员核查了2020年12月下旬至2021年1月中旬在中国爆发的两次创纪录的冷空气，在此期间，北京和天津都经历了54年来的最低温度（分别为-19.7℃（-3.46℉）和-19.9℃（-3.82℉））。他们还考虑了2021年2月袭击北美中西部和南部深处的历史性寒冷，导致德克萨斯州出现近一个世纪以来的最冷记录（奥斯汀和休斯顿分别为-13.3°C（8°F）和-8.3°C（17°F））。
将2020-21年的冬天与过去的42个冬天进行比较，研究人员利用现有的观测数据和模拟模型来解析海洋和大气事件如何可能成为极端天气的基础。"即使全球变暖和北极海冰的丧失每年都会发生，我们调查的这种极端天气事件是间歇性的--它们不是每年都发生，"共同作者、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）太平洋海洋环境实验室的研究海洋学家詹姆斯-奥弗兰说，"这是因为它们是由新的全球变暖和喷流和极地漩涡中极端的、但自然发生的前兆天气条件共同造成。"
极地漩涡--以地球两极为中心的大气层中的低压冷空气--在地球喷流的帮助下，导致冬季北半球的温度下降，喷流由自西向东流动的气流组成。Zhang说，大气层上层的温度突然升高，称为平流层突然变暖，可以极大地改变极地漩涡和喷流的行为和互动方式。当变化的海洋温度和北冰洋海冰使之复杂化时，由此产生的天气会变得更加极端。
"三个大洋盆地同时出现的异常海洋热状况和大气动力学的相互作用，推动了大气环流或天气模式的半球规模的系统性变化，达到了极其反常的状态。"
尽管这三个事件都与平流层突然变暖事件有关，但每个事件的下游影响都不同。在第一次东亚事件中，极地冷空气调节了中纬度喷流，将冷空气引向南方；在第二次事件中，极地涡旋分裂，加深了一个低压区域，并与北极冷空气一起循环；在北美事件中，极地涡旋也被分裂，但在这种情况下，推动低层大气在南方上空更深的地方定居，对强烈的冷空气施加压力。
"当归因于一个极端事件的因素时，我们应该有一个广泛的观点来抓住大局，"共同作者、芬兰气象研究所的研究教授Timo Vihma说。"它可能由几个因素的复杂的相互作用组成，这些因素在半球范围内相互作用很远"。
共同作者、德国亥姆霍兹极地和海洋研究中心阿尔弗雷德-魏格纳研究所的高级科学家Annette Rinke进一步解释说，冬季极端天气事件通常由"遥远"的因素驱动。
"林克说："这项研究表明，除了大规模的大气环流之外，海洋温度的异常也会在极端天气事件中发挥关键作用。
研究人员计划继续研究大气事件如何预示和影响极端天气。
"在冷空气活动中，云和降水以及它们相关的潜热会发生变化，但目前缺乏这方面的观测，"共同作者、中国科技大学地球与空间科学学院教授Fu Yunfei说。"卫星遥感可以对此有所帮助，包括验证模型模拟，这可以帮助预测前兆事件如何影响诸如东亚的季风季节"。
"通过研究这些破纪录的寒流，我们可以看到极端天气事件的全貌。"共同作者、中国科学院大气物理研究所的科学家韩哲说。"虽然这些事件可能是不同的，但它们可能有类似的基本机制，这与全球变暖有关。伴随着变暖，北极的放大和海洋热异常的加强可能与大气环流，如极地涡旋和平流层的突然变暖相互作用，导致极端寒冷或炎热事件的发生。"
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