冬季天气与极地涡旋和北极涛动的关系
冬季天气与极地涡旋和北极涛动的关系
陈敏仪、谢威宝
2025年6月
极地涡旋
极地涡旋在大气科学中一般指平流层的极地涡旋。它与较多人认识的对流层极地急流有所不同 [1], [2], [3]。
平流层极地涡旋位于极地上空约15至50公里，是非常大的行星尺度涡旋。它在秋季至春季因极地和中纬度间的温度梯度而出现。这极地涡旋在北半球和南半球都有。平流层极地涡旋可以透过平流层与对流层的相互作用，影响地面的天气系统。当平流层极地涡旋较强而稳定时，极冷的空气一般局限于极地区域。当极地涡旋减弱或移位时，极地表面的冷空气较易向南溢出，并影响中纬度地区。
图一 平流层极地涡旋及对流层极地急流。
北极涛动
北极涛动，又称北半球环状模态，它反映北极与北半球中纬度地区之间的海平面气压波动[4], [5]。北极涛动有两个位相。正位相时，北极地区气压普遍较正常低，中纬度地区气压普遍较正常高。对流层的极地急流通常向北移。此外，强平流层北极极地涡旋通常与北极涛动的正位相相关。这个时候，极冷气团的向南扩散大多受局限，中纬度地区会经历较温和的冬季。
而北极涛动负位相时，北极地区气压较正常高，中纬度地区气压则较正常低。极地急流通常波动较大，且向南移。北极上空的平流层极地涡旋减弱或移位通常与北极涛动的负位相有关。当北极涛动处于负位相时，冬季冷空气爆发更容易影响北半球中纬度区域，并可能为受影响地区带来严寒天气。
图二 北极涛动指数。数据来源：NOAA
北极涛动与香港冬季温度的关系
有研究指出北极涛动的正位相与较弱的东亚冬季季候风有关，而在北极涛动负位相期间，东亚的寒潮一般更强烈。然而，由于华南位于亚洲大陆的东南端，北极涛动对华南冬季气温的影响不一定这么直接[6]。寒潮是否会影响华南，很大程度上取决于冷空气爆发的地点（即出现于哪个大陆)、冷空气的移动路径以及沿途的天气条件。以香港为例，过去统计数据显示香港月平均气温与北极涛动指数之间的相关性并不显著。此外，如果考虑1950年以来，12月至3月期间北极涛动指数达到-3或以下的事件及随后7天香港的最低气温，只有7%的事件为本港带来非常寒冷的天气（日最低气温在7℃或以下），而超过45%的事件随后并未出现寒冷天气，这显示北极涛动的强负位相并不意味著香港会出现严寒天气。
参考资料：
[1] Darryn W. Waugh, Adam H. Sobel, and Lorenzo M. Polvani (2017). What Is the Polar Vortex and How Does It Influence Weather?. Bulletin of the American Meteorological Society, 98(1), 37-44. （只有英文版）
[2] Gloria L. Manney, et. al. (2022). What's in a Name? On the Use and Significance of the Term “Polar Vortex”. Geophysical Research Letters, 49(10). （只有英文版）
[3] NOAA Climate.gov. Welcome to the Polar Vortex Blog! （只有英文版）
[4] 香港天文台 - 北极涛动 AO.
[5] NOAA Climate.gov. Climate Variability: Arctic Oscillation.（只有英文版）
[6] 龚道溢，王绍武，2003: 近百年北极涛动对中国冬季气候的影响，地理学报，58(4)，559-568。