2024年05月25日 星期六

科学传播

科普文章

全球变暖 寒潮极端性更强

时间:2022-12-24  来源:中国气象报社  点击率:4805
  

专家顾问:

国家气候中心正研级高工、中国气象局气象服务首席专家 叶殿秀

国家气候中心气候服务首席专家 周兵

中央气象台首席预报员 陈涛

南京信息工程大学教授 智协飞

中国科学院大气物理研究所副研究员 姚遥


寒潮因何而生——多系统的“角逐”

冷空气中的“王者”

我国属于典型的季风气候区,从气候平均看,冬半年,我国受强大的西伯利亚高压控制,干冷偏北季风从大陆中高纬度吹向低纬度地区,在适当的大气环流配合下,强冷空气向南入侵影响我国大部地区,带来剧烈降温、大风以及雨雪冰冻、持续低温等灾害性天气,从而形成寒潮天气过程。

影响寒潮天气过程的关键要素之一是冷空气堆的强度,但每一次寒潮天气过程中冷空气的来源、强度和路径都有所差异。

总体来说,影响我国的寒潮冷空气一般在西伯利亚至蒙古高原一带积聚加强,从而形成西伯利亚冷高压或者蒙古高原冷高压,在适当的天气系统配合下,冷高压系统向低纬度地区移动,伴随冷空气自北向南、自西向东影响我国。其中,强寒潮能够影响我国大部地区直至南海,而中等或弱寒潮天气则一般止步于南岭或云贵高原。

寒潮的持续时间与天气形势稳定性、冷空气南下速度、是否有补充冷空气等因素相关,而寒潮带来的降温幅度则与冷空气自身强度、平流降温、辐射降温、云量以及地形、下垫面等复杂因素相关。

寒潮中的那些重要“推手”

极涡是北半球冬季极区对流层中上层气旋式涡旋,是大规模极地极寒冷空气的象征。当极涡中心偏向亚洲中高纬度时,极地锋区南压,会造成亚洲地区冷空气势力活跃、天气波动振幅增大,从而有利于寒潮天气的发生发展。因此,极涡活动状况可视为寒潮前的“信号枪”。

西伯利亚冷高压或蒙古高原冷高压是地面上的大型反气旋环流,是亚洲地面冷空气堆的标志性天气系统,其强度可作为冷空气强度“指标”,其中心移动路径则代表了冷空气的移动路径,是寒潮天气过程中最关键的地面天气系统。冷高压前缘通常有地面冷锋,并伴有剧烈的降温、升压、大风等天气现象。寒潮冷高压、寒潮冷锋可视为寒潮天气过程的“运动员”。

在适当的天气系统配合下,寒潮冷高压前方将配合地面气旋等天气系统发展,地面气旋将进一步增大气压梯度,有利于更强的大风天气产生,甚至卷起地面沙尘形成沙尘暴;气旋前部通常也有强烈的上升运动,在水汽条件配合下,有利于形成大范围的雨雪天气。

在寒潮天气过程中,夏季控制我国主要雨带的副热带高压系统相对次要,但在适当的天气系统配合下,副高边缘的暖湿气流北上,增强了亚洲大陆地区的水汽输送,有利于形成较强的暴雪、冰冻天气。此外,南支槽、高原槽等西风带系统也有利于水汽输送或者大尺度抬升,从而形成大范围雨雪天气。

西风带波动下的引导力量

实际上,寒潮暴发的关键机制均与西风带大型天气系统波动相关。

冷空气的堆积条件要求西伯利亚或蒙古高原冷高压持续加强,通常要求在极涡偏心背景下,在异常稳定的西风带大型长波槽(脊),如乌拉尔山阻塞高压、亚洲中高纬切断冷涡系统等高空形势主导下,极地冷空气源源不断在寒潮关键区堆积,冷空气持续加强。

随着天气系统发展演变,当阻塞高压形势逐渐“崩溃”,或者冷涡横槽自北向南迅速转向完成东亚大槽重建过程中,引导地面冷高压南下,从而形成寒潮天气。因此,高空西风带长波槽脊演变对冷空气向低纬度地区倾泻以及发展加强起到关键的引导作用。

此外,如气旋、南支槽、准静止锋等西风带系统均与大范围雨雪天气密切相关,也是寒潮的关键天气系统。

寒潮新特征——时空差异大 呈增强趋势

不同地域环境下特点不同

寒潮是我国冬半年最具杀伤力的天气系统之一,往往带来剧烈降温、大风、雨雪、冰冻等灾害,对农业生产、交通运输、电力运行等造成损失。

11月,正是寒潮发生次数最多的月份。据中央气象台统计,我国寒潮多发生在秋末、冬季和初春时节,近30年(1991年至2020年),我国平均每年发生寒潮5.4次,1991年以来,寒潮出现次数最多(11次)的是2021年,出现次数最少(2次)的是2017年。

我国最受寒潮“青睐”的地方在哪儿?国家气候中心正研级高工、中国气象局气象服务首席专家叶殿秀指出,我国寒潮发生频次整体上呈北多南少特征,最受寒潮“青睐”的地区包括东北地区、华北地区西部和北部、西北地区北部和中部、西藏大部、内蒙古等地,平均每年发生4次以上寒潮。其中,东北地区东部和北部、内蒙古大部、新疆北部部分地区一般有10次至15次,部分地区达15次以上。

寒潮在不同的地域环境下具有不同的特点,有的区域表现为大风少雪的沙尘暴天气,有的区域则为大风、风吹雪和低温天气,也有风雪交加和寒风苦雨等不同“情景模式”。总而言之,同一过程不同区域“表现”不同,同一区域不同的过程也不尽相同。

“速冻”,是寒潮来袭时最喜欢切换的模式之一,那么其“能力”究竟有多强?监测表明,我国大部地区,平均每次寒潮降温幅度都在10℃以上;东北大部、江淮、江汉东部、江南、华南大部以及内蒙古大部、新疆北部平均降温幅度达12℃至14℃,两广部分地区超过14℃。

当然,不同地区降幅差异很大,东北、华北大部、西北大部、黄淮大部、江淮大部、江南南部及内蒙古、西藏大部等地寒潮最大降温幅度在20℃以上。其中,东北大部和内蒙古大部、新疆北部、西藏西北部、青海西南部等地最大降温幅度可达25℃至30℃,部分地区超过30℃;四川盆地及云南大部、海南等地寒潮最大降温幅度在15℃以下,全国其他地区一般在15℃至20℃之间。

气候变暖背景下寒潮有何新特点

自2022年入冬以来,我国已经迎来两轮寒潮天气,多地局地最低气温创同期极值。不少人感到疑惑,气候变暖背景下,寒潮是变多还是变少了?寒潮为何如此猛烈?

中国科学院大气物理研究所高级工程师赵亮在接受媒体采访时表示,从频率的统计上看,近20年来,我国冬季寒潮天数整体上呈下降趋势,但时空差异很大——空间上,寒潮天数减少主要发生在南方,但北方尤其东北地区寒潮日数并未减少;时间上,冬季前半段强寒潮的频次较多,寒潮减少主要集中在冬季后半段。

尽管近年来我国极端冷事件次数总体减少,但在全球气候变暖背景下,极端天气气候事件(高温热浪、强寒潮、极端强降水、极端干旱等)频率增加、强度增强。自2008年以来,我国东部冬季最冷期,即每年最强寒潮事件的平均最低气温比1980年代和1990年代更低。也就是说,强寒潮事件有增强趋势。

那么,为什么全球变暖背景下极端冷事件时有发生,而且强度往往非常强?南京信息工程大学智协飞教授指出,这是因为全球变暖加剧了气候系统的不稳定性,极端低温事件强度增大。

全球变暖改变了大气环流经向度等特征,并通过海—气、陆—气相互作用影响局地的气候。另外,有研究指出,21世纪以来,北极是全球升温最快的地区之一,北极增暖的趋势是全球平均水平的两倍,被称为“北极放大”现象。在增温趋势下,北极极涡强度减弱,极涡内的冷空气分裂南下,导致受其影响地区出现强寒潮。因此,北极增暖也是极寒天气发生的重要原因。

“随着全球气候异常的持续,冬季北半球发生极寒(寒潮)事件貌似已是‘家常便饭’,但是发生在哪里,什么时间发生,仍有很大的不确定性。”中国科学院大气物理研究所副研究员姚遥说。

为什么增温背景下寒潮更猛烈

拉尼娜事件是影响全球气候的重要因素之一。最新监测表明,10月以来赤道中东太平洋拉尼娜事件还在持续,预计此次拉尼娜事件将持续至2022/2023年冬季,这将是21世纪首次出现“三重”拉尼娜事件。

在公众的印象中,拉尼娜通常与“冷冬”关联。2008年初,一次中等强度的拉尼娜事件使我国南方地区遭遇罕见的低温雨雪冰冻天气;2021年11月,在“双峰”拉尼娜事件的影响下,一次综合强度位居历史同期第五的强寒潮事件席卷我国大部地区,全国多地一夜入冬。

但随着近年来气候变暖等多重因素影响,拉尼娜和冷冬的对应关系越来越不明显。国家气候中心气候服务首席专家周兵表示,“三重”拉尼娜事件并非一年一年不断叠加,在第三年集中“放大招”。因此,虽然在一定程度上具有累积效应,但不代表气候影响会加倍呈现,今年出现冷冬的可能性很小。

“应该说,拉尼娜事件只是影响中国秋冬季气候的下垫面强迫因子之一,大可不必‘谈拉尼娜色变’。”国家气候中心副主任肖潺表示,除了拉尼娜,中国冬季气候还受到极涡变化、东亚冬季风强度、北极海冰融化、欧亚积雪变化等多种复杂因素的影响,同时大气系统内部自然变率也起到重要的作用。

目前,今冬第二轮寒潮正影响我国,这与“三重”拉尼娜有关系吗?南京信息工程大学教授智协飞表示:“拉尼娜对寒潮的影响有限,近期的频繁冷空气是短期天气过程作用的结果。”

那么,在全球变暖背景下,强寒潮会变少吗?智协飞表示:“强寒潮与全球变暖并不矛盾。在全球气候变暖背景下,出现强寒潮的概率也在增加。”

实际上,全球大气的能量是守恒的。气候变暖使某个地区持续异常增温,周围某个地方温度就会下降,产生高温热浪、干旱、洪涝、台风、寒潮等极端天气。“在气候变暖加剧的背景下,气温的波动将越来越大,而拉尼娜事件又增加了极端异常气候事件出现的概率。因此,无论是冷冬还是暖冬,都需要格外关注阶段性的剧烈降温和严寒天气。”周兵说,今年南方地区可能发生阶段性低温雨雪冰冻天气,需要防范其对交通出行、电力保供和农业生产的不利影响。

(作者:吴卉 李悦 刘倩 责任编辑:闫泓)


  • 电话:

    0991-2652429

  • 邮箱:

    desert@idm.cn

  • 地址:

    新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市建国路327号

友情链接
请点击选择

扫描关注公众号

版权所有:中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所 新ICP备13002915号-1 [浏览量:5105403]
版权所有:中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所
新ICP备13002915号-1 [浏览量:5105403]
技术支持博乐虎科技