淺談極地渦旋與平流層突發增溫
淺談極地渦旋與平流層突發增溫
謝鈞澍、謝威寶
2026年5月
極地渦旋的形成和監察
在步入秋季時，北半球接收的太陽輻射愈來愈少，極地平流層（距離地面約15至50公里）的溫度遠較中緯度地區低，並產生相當大的南北溫差及溫度梯度。中緯度較暖的空氣會因此流向北極，但受地球自轉產生的科氏力影響而向右偏移，繼而形成自西向東圍繞極區旋轉的渦旋，稱為「極地渦旋」
[1][2]。 一般而言，溫度梯度越大，渦旋強度越高。
圖一 2025年12月，10百帕斯卡（距離地面約30至32公里高度）的溫度圖像顯示極地渦旋盤踞在北極上空，其中心溫度低至攝氏負80度。圖像以球極平面投影製作，正中心為北極（圖像及數據來源：NOAA
[3]）。
極地渦旋是一個冷心的低壓系統，在北半球的冬季盤踞在北極平流層上空（圖一）。由於極地渦旋是行星尺度的天氣系統，其強度變化有機會影響下方的對流層甚至地表的天氣[4]。因此科學家會透過無線電探空儀和衛星數據監察平流層的緯向風風速和溫度，從而判斷極地渦旋的強度變化[5]。
圖二
科學家透過監測平流層的緯向風風速（正值為西風；負值為東風）和溫度來判斷極地渦旋的強度變化。圖中紅色線為2018年7月至2019年7月的實測數據，黑色實線為1979至2018年之間測量的極端值（圖像來源：[6]）。
極地渦旋的季節變化
隨著北半球接收的太陽輻射愈來愈少，北極的溫度會在 12 月至 1
月達到全年最低，極地渦旋此時最為強盛、平流層的西風風速最高。當踏入春季，北半球日照增加令北極溫度逐漸上升，北極與中緯度之間的溫度梯度減少、平流層的西風風速因此會開始減弱，當平流層緯向風下降至零或轉變為東風並持續超過10日，表示極地渦旋已明顯減弱甚至消失，科學界稱為「最後增溫」(Final
Warming)[7]。「最後增溫」一般會在每年3至5月期間出現（圖二），平流層極地渦旋完全破裂並不再形成新的結構，直到下一個秋季才會重新建立（圖三）。
圖三 極地渦旋的季節變化（圖像來源：NOAA [5]）。
平流層突發增溫
在12月至2月，極地渦旋通常維持強而穩定的狀態，將極冷空氣限制於極地區域，然而，當北極上空的平流層出現突發增溫，便有機會削弱極地渦旋的強度，極地渦旋會移位甚至分裂[6]。這現象稱為「平流層突發增溫」(Sudden
Stratospheric
Warming，簡稱 SSW)，是指極地平流層於數日內溫度急升攝氏數十度，並持續約一至兩星期[6]。
圖四 2018年12月下旬至2019年1月上旬的一次平流層突發增溫事件，原本盤踞在北極上空的極地渦旋在接近12
月31日時移位，並在隨後數日分裂（圖像及數據來源：NOAA [3]）。
研究顯示，平流層突發增溫有機會影響下方的對流層，令極地急流容易出現較多波動，甚至出現阻塞形勢，原本被困在極區的北極氣團有機會南下為中緯度地區帶來嚴寒天氣[8]。然而，科學家在經過數十年的研究，對於平流層突發增溫如何影響地表天氣和大氣高層仍未有充分理解[6]。此外，全球暖化與及「ENSO」如何影響平流層突發增溫和極地渦旋也是學術界積極研究的相關題目[9][10]。
參考資料：
[1] 香港天文台 - 冬季天氣與極地渦旋和北極濤動的關係
[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 - 冬季天氣與極地渦旋和北極濤動的關係
[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）
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[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）
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[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）