一项新的研究将大气变化与北美和欧洲冬季极端条件的长期持续联系起来，自 20 世纪 60 年代以来，这些极端模式增加了一倍。这些模式经常在两大洲同步发生，造成严重破坏。

被称为波-4 模式的全球喷流巨大蜿蜒的理想化插图，它给北美和欧洲部分地区带来了极端的冬季寒冷和/或降水（蓝色区域）。图片来源：Kai Kornhuber 绘制

气候变化与极端天气模式

冬天即将来临--最终，在地球变暖的同时，一项新的研究表明，大气正在以某种方式被推移，导致某些地区冬季出现长时间的极端寒冷或潮湿天气。

这项研究的作者说，他们已经发现全球喷射气流中存在巨大的蜿蜒，这些蜿蜒将极地空气带向南方，在北美和欧洲的大部分地区同时锁定了寒冷或潮湿的天气状况，而且往往每次持续数周。他们说，自 20 世纪 60 年代以来，这种天气波的频率增加了一倍。就在过去几年里，它们已造成数百人死亡，能源和运输系统瘫痪。

这篇新论文发表在本周的《美国气象学会公报》上。

了解喷流和天气异常

哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站（Lamont-Doherty Earth Observatory）的兼职科学家凯-科恩胡伯（Kai Kornhuber）说："尽管冬季平均变得温和，但这是以暖季破坏性越来越强的极端高温为代价的。一百年后，我们可能就不用那么担心极端寒冷了，因为一切都在变暖。但在今天和未来，寒冷仍然是一个非常相关的危害。"

喷气流是一条快速流动的"空气河"，从东到西不断环绕北半球。它通常在相对笔直的边界内流动，将极地冷气团与中纬度地区隔离开来，但有时也会自然出现大的摆动。一些科学家认为，这些摆动的规模和频率正在增加，原因是北极地区的快速变暖与更偏南的地区不成比例；他们说，这破坏了系统的稳定，产生了打破南北屏障的风。在适当的条件下，某些摇摆会被放大成对称的波，然后在全球范围内锁定位置，这有点类似于产生恒定音调的振动。这些波被称为罗斯比波。

罗斯比波和天气影响

在 2019 年的一项研究中，Kornhuber 及其同事发现，一种被称为"波-7"的重复性罗斯比波模式--即横跨全球的七个巨大波峰和七个匹配波谷--将温暖、干燥的空气从亚热带地区吸引到中纬度地区，从而在北美、欧洲和亚洲的可预测地区同时引发夏季热浪和干旱。研究报告说，这可能会在重要的粮仓地区同时造成大范围的作物损失。

较新的论文或多或少展示了问题的另一面。一种被称为"波-4"的冬季模式--在全球范围内，四个波峰和四个相匹配的波谷往往会锁定在一起。作者说，当这种情况发生时，在低谷出现极端寒冷或潮湿的几率会增加三倍。与此同时，波峰可能会出现异常温暖或干燥的情况。

最近一次主要的波-4 迭变给加拿大、美国甚至墨西哥北部的大部分地区带来了 2021 年 2 月的寒潮。最南端的美国墨西哥湾沿岸气温比平均气温低 50 华氏度。南方部分地区出现了罕见的降雪。受灾最严重的是 得克萨斯州，创纪录的低温导致天然气管道和其他能源基础设施瘫痪，大部分电网瘫痪，导致家庭和企业停电和结冰。总计至少有 278 人直接或间接死于寒潮，损失近 2000 亿美元。2019 年 1 月至 2 月，美国东部也发生了类似的寒流，但破坏性较小，造成 20 多人死亡。

北美和欧洲的同步天气事件

同样的模式经常在大西洋的另一端同时发生，通常在欧洲西南部和斯堪的纳维亚半岛最为极端。2019 年 1 月至 2 月的事件给法国南部和瑞典都带来了极端低温。同时，由于大西洋的潮湿空气席卷而来，它在欧洲中部和东部的许多地区造成了极端降水和洪水。欧洲在 2013 年和 2018 年也发生过类似事件。

研究人员说，50 年前，这样的并发波平均每年冬季才发生一次。每年发生的次数各不相同，但现在平均每年发生两次。

这项研究的另一位作者、瑞典乌普萨拉大学的加布里埃尔-梅索里说："这增加了越来越多的证据，表明北美和欧洲的极端天气经常是同步的。"梅索里今年早些时候发表了一篇论文，指出这种现象屡屡发生，并假设这与大尺度大气环流模式有关。

展望未来

Kornhuber说，导致波浪-4模式出现的确切机制还需要进一步研究，但他怀疑它始于太平洋部分地区海洋条件的周期性变化，在适当的情况下，这种变化会引发全球连锁反应。他说，确定这一机制可能会让科学家们更好地预测寒潮或湿潮。

越来越多的证据表明，气候变暖与带来热浪的夏季蜿蜒流之间存在联系；然而，冬季的海浪仍是科学界激烈讨论的问题。科学家们目前正在研究几种可能与气候有关的机制，以及未来可能发生的变化。

他今年早些时候与他人合作完成的一项研究表明，即使在夏季，气候模型仍然难以再现与这些大尺度模式相关的最极端区域天气异常；这可能导致低估特定地区与天气相关的潜在作物损失。他说，即将开展的工作将侧重于调查最恶劣的极端天气是否与人为因素有关，还是仅仅与自然变异有关。