浅谈极地涡旋与平流层突发增温
浅谈极地涡旋与平流层突发增温
谢钧澍、谢威宝
2026年5月
极地涡旋的形成和监察
在步入秋季时，北半球接收的太阳辐射愈来愈少，极地平流层（距离地面约15至50公里）的温度远较中纬度地区低，并产生相当大的南北温差及温度梯度。中纬度较暖的空气会因此流向北极，但受地球自转产生的科氏力影响而向右偏移，继而形成自西向东围绕极区旋转的涡旋，称为「极地涡旋」
[1][2]。 一般而言，温度梯度越大，涡旋强度越高。
图一 2025年12月，10百帕斯卡（距离地面约30至32公里高度）的温度图像显示极地涡旋盘踞在北极上空，其中心温度低至摄氏负80度。图像以球极平面投影制作，正中心为北极（图像及数据来源：NOAA
[3]）。
极地涡旋是一个冷心的低压系统，在北半球的冬季盘踞在北极平流层上空（图一）。由于极地涡旋是行星尺度的天气系统，其强度变化有机会影响下方的对流层甚至地表的天气[4]。因此科学家会透过无线电探空仪和卫星数据监察平流层的纬向风风速和温度，从而判断极地涡旋的强度变化[5]。
图二
科学家透过监测平流层的纬向风风速（正值为西风；负值为东风）和温度来判断极地涡旋的强度变化。图中红色线为2018年7月至2019年7月的实测数据，黑色实线为1979至2018年之间测量的极端值（图像来源：[6]）。
极地涡旋的季节变化
随著北半球接收的太阳辐射愈来愈少，北极的温度会在 12 月至 1
月达到全年最低，极地涡旋此时最为强盛、平流层的西风风速最高。当踏入春季，北半球日照增加令北极温度逐渐上升，北极与中纬度之间的温度梯度减少、平流层的西风风速因此会开始减弱，当平流层纬向风下降至零或转变为东风并持续超过10日，表示极地涡旋已明显减弱甚至消失，科学界称为「最后增温」(Final
Warming)[7]。「最后增温」一般会在每年3至5月期间出现（图二），平流层极地涡旋完全破裂并不再形成新的结构，直到下一个秋季才会重新建立（图三）。
图三 极地涡旋的季节变化（图像来源：NOAA [5]）。
平流层突发增温
在12月至2月，极地涡旋通常维持强而稳定的状态，将极冷空气限制于极地区域，然而，当北极上空的平流层出现突发增温，便有机会削弱极地涡旋的强度，极地涡旋会移位甚至分裂[6]。这现象称为「平流层突发增温」(Sudden
Stratospheric
Warming，简称 SSW)，是指极地平流层于数日内温度急升摄氏数十度，并持续约一至两星期[6]。
图四 2018年12月下旬至2019年1月上旬的一次平流层突发增温事件，原本盘踞在北极上空的极地涡旋在接近12
月31日时移位，并在随后数日分裂（图像及数据来源：NOAA [3]）。
研究显示，平流层突发增温有机会影响下方的对流层，令极地急流容易出现较多波动，甚至出现阻塞形势，原本被困在极区的北极气团有机会南下为中纬度地区带来严寒天气[8]。然而，科学家在经过数十年的研究，对于平流层突发增温如何影响地表天气和大气高层仍未有充分理解[6]。此外，全球暖化与及「ENSO」如何影响平流层突发增温和极地涡旋也是学术界积极研究的相关题目[9][10]。
参考资料：
[1] 香港天文台 - 冬季天气与极地涡旋和北极涛动的关系
[2] Royal Meteorological Society MetMatters. Polar vortex, sudden stratospheric warmings and the Beast from the East（只有英文版）
[3] NOAA Physical sciences laboratory. Plot: NCEP-NCAR Reanalysis 1（只有英文版）
[4] UK Met Office. Sudden Stratospheric Warming（只有英文版）
[5] NOAA Climate.gov. Welcome to the Polar Vortex Blog! （只有英文版）
[6] Baldwin, M. P., Ayarzagüena, B., Birner, T., Butchart, N., Butler, A. H., Charlton-Perez, A. J., et al. (2021). Sudden stratospheric warmings. Reviews of Geophysics, 59, e2020RG000708. https://doi.org/10.1029/2020RG000708（只有英文版）
[7] Butler, A. H., Charlton-Perez, A., Domeisen, D. I. V., Simpson, I. R., & Sjoberg, J. (2019). Predictability of Northern Hemisphere final stratospheric warmings and their surface impacts. Geophysical Research Letters, 46, 10578–10588. https://doi.org/10.1029/2019GL083346（只有英文版）
[8] Hanna, E. et al (2024). Influence of high-latitude blocking and the northern stratospheric polar vortex on cold-air outbreaks under Arctic amplification of global warming. Environ. Res.: Climate, 3, 042004. https://doi.org/10.1088/2752-5295/ad93f3（只有英文版）
[9] Palmeiro, F. M., García-Serrano, J., Ruggieri, P., Batté, L., & Gualdi, S. (2023). On the influence of ENSO on sudden stratospheric warmings. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2022JD037607. https://doi.org/10.1029/2022JD037607（只有英文版）
[10] Salminen, A., Asikainen, T., Maliniemi, V., & Mursula, K. (2020). Dependence of sudden stratospheric warmings on internal and external drivers. Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086444. https://doi.org/10.1029/2019GL086444（只有英文版）
[1] 香港天文台 - 冬季天气与极地涡旋和北极涛动的关系
[2] Royal Meteorological Society MetMatters. Polar vortex, sudden stratospheric warmings and the Beast from the East（只有英文版）
[3] NOAA Physical sciences laboratory. Plot: NCEP-NCAR Reanalysis 1（只有英文版）
[4] UK Met Office. Sudden Stratospheric Warming（只有英文版）
[5] NOAA Climate.gov. Welcome to the Polar Vortex Blog! （只有英文版）
[6] Baldwin, M. P., Ayarzagüena, B., Birner, T., Butchart, N., Butler, A. H., Charlton-Perez, A. J., et al. (2021). Sudden stratospheric warmings. Reviews of Geophysics, 59, e2020RG000708. https://doi.org/10.1029/2020RG000708（只有英文版）
[7] Butler, A. H., Charlton-Perez, A., Domeisen, D. I. V., Simpson, I. R., & Sjoberg, J. (2019). Predictability of Northern Hemisphere final stratospheric warmings and their surface impacts. Geophysical Research Letters, 46, 10578–10588. https://doi.org/10.1029/2019GL083346（只有英文版）
[8] Hanna, E. et al (2024). Influence of high-latitude blocking and the northern stratospheric polar vortex on cold-air outbreaks under Arctic amplification of global warming. Environ. Res.: Climate, 3, 042004. https://doi.org/10.1088/2752-5295/ad93f3（只有英文版）
[9] Palmeiro, F. M., García-Serrano, J., Ruggieri, P., Batté, L., & Gualdi, S. (2023). On the influence of ENSO on sudden stratospheric warmings. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128, e2022JD037607. https://doi.org/10.1029/2022JD037607（只有英文版）
[10] Salminen, A., Asikainen, T., Maliniemi, V., & Mursula, K. (2020). Dependence of sudden stratospheric warmings on internal and external drivers. Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086444. https://doi.org/10.1029/2019GL086444（只有英文版）