本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），作者：小哲，校稿：朝乾，编辑：果，原文标题：《预警！今年最强寒潮马上就来！》，头图来自：视觉中国
入冬以来最强寒潮即将来袭。今天下午，中央气象台升级发布寒潮橙色预警：11月27日至30日，寒潮天气将自西向东给我国大部地区带来剧烈降温、大风、沙尘和大范围雨雪天气。
强冷空气快速南下，大风伴随着断崖式的降温。预计27日至30日，西北地区和中东部大部地区气温将先后下降10℃至16℃，部分地区降温幅度可达18℃以上。
很多地区降温幅度在18℃以上，这一波确实太冷了（图：中央气象台）▼
寒潮过后，大部地区气温将由前期偏高转为明显偏低状态。
此次寒潮雨雪和大风影响范围广。吉林、辽宁有较强降雪和冻雨。寒潮还将为南方地区带来大范围雨雪天气，局部地区将出现雨夹雪、冻雨等天气。
冷空气南下
这次的寒潮如此厉害，那么寒潮究竟是个什么东西？我们所在的东亚季风区，有夏季风和冬季风，寒潮作为冬季风里最活跃的子系统，仿佛冬天的化身，每次都带着寒冷空气如潮水般南下。
根据《冷空气等级》的国家标准：某一个地区在冷空气过境后，日最低气温在24小时内下降8 ℃以上，或48小时内下降10℃以上，或72小时内下降12 ℃以上，同时最低气温在4℃以下，就属于寒潮。
可见寒潮属于加强版的冷空气，不来则已，一来就是高强度大规模降温，甚至可以自北向南横扫中国。
不是所有冷空气都能被称作寒潮▼
寒潮出现的时间基本都发生在9月下旬到次年5月之间，而春季的3月与秋季的10~11月是寒潮与强冷空气活动最为频繁的季节。
恰好是每年换季之时，一定要注意保暖▼
据长期统计，南下我国的冷空气95%左右都要经过西伯利亚的西西伯利亚平原，从亚马尔-涅涅茨到哈萨克斯坦的这块区域（70°-90°E、43°-65°N）就是“寒潮关键区”，多个方向的冷空气在这里累积、加强，是寒潮南下的大本营。
早在上世纪50年代，我国气象学家李宪之和陶诗言先生就开始对寒潮关键区进行研究，并搞清楚了冷空气入侵我国的源头和路线——
寒潮关键区范围研究示意▼
每年秋分之后，随着太阳直射点南移，北极高纬度地区接收的太阳辐射越来越少，冷空气也越来越强大，这里就成了影响我国的寒潮策源地。
冷空气主力军会从新地岛以西的洋面出发，经巴伦支海、新地岛、亚马尔半岛、乌拉尔山脉北部，进入大本营“寒潮关键区”。
冷空气的主力军路线示意（寒潮关键区范围为示意，下同）▼
冷空气二方面军从新地岛以东洋面出发，经喀拉海、泰梅尔半岛向南到达关键区。
第二种冷空气形成寒潮的路线▼
三方面军比较远，来自冰岛以南洋面，横跨欧洲、黑海、里海，三方面军属于劳师远征，一般只有与其他源地的冷空气兵合一处才能达到寒潮强度。
这一路冷空气长途跋涉来到关键区，强度已不如前两路▼
总之，三路大军汇聚“寒潮关键区”，秣马厉兵后再兵分三路入侵我国——
最靠北的一路冷空气从“大本营”经西萨彦岭和蒙古高原北部，到达大兴安岭，再由此南下经渤海入侵华北，继而席卷华东和两湖盆地。
第一路冷空气路线▼
在其南侧，第二路冷空气沿着阿尔泰山与杭爱山翻越蒙古高原腹地，从我国黄河河套附近南下，席卷陕西、山西、河南、湖北甚至江南地区，给长江以北带来猛烈的北风和剧烈降温，到达江南后，引起这里锋区的波动造成雨雪天气。
第二路冷空气路线▼
最靠南的一路，冷空气从准噶尔盆地西侧进入新疆，沿着天山、祁连山、河西走廊一路东进南下，主要影响西北和西南地区。
第三路冷空气路线▼
后面这两路冷空气由于路线比较近，经常在秦岭东侧、黄河长江之间的位置交汇，造成大范围雨雪天气，再合并南下到长江中游，造成更猛烈的大风降温。
如此凶猛的冷空气，其实都来自遥远的极地和副极地，但问题是，汇聚于北冰洋洋面以及西西伯利亚的冷空气，为什么要往中国吹？换个方向吹不行么？
这就要说到引发寒潮的两大天气系统，“极涡”和“大槽”。
动力机制：高空大槽拉动冷高压
北极由于极夜的到来，太阳辐射少，空气寒冷并下沉，在地面是“冷高压”，在高空则是“冷低压”，上上下下都很冷，高空的空气不断向中间汇聚，被强大的地转偏向力偏转为逆时针的“极地涡旋”，简称“极涡”。
此外，由于陆地的比热容比海洋要小得多，所以在冬天，陆地降温更快，西伯利亚和加拿大北部甚至和北极一样冷，而高空的极涡就分裂为西伯利亚和巴芬岛两个涡旋。
AIRS捕获的极地涡旋（2019）（图：wiki）▼
极涡再往外一圈，就是中高纬度的西风带，我们知道，高空西风带的风速极快，甚至能达到30~40m/s（念作每秒30到40米）以上，这放在低空已经是台风的中心风速了，所以高空的西风往往能拖拽低空的空气跟着跑。
正是西风带围绕着极涡高速旋转，极地的冷空气就被牢牢限制在一定范围内，不会轻易南下乱跑，相当于一条冷空气防线。
地球上大规模大气环流的理想化描述（春分）（参考：wiki）▼
但这条防线并不是一个规则的圆形，如果我们看500hPa的一月份平均气压图，会发现由于极涡分裂成两部分，并各自向南偏移，使得西风带扭曲出了三个突出部，两大一小，并形成了三个低压槽，分别是东亚大槽、北美大槽和欧洲浅槽。
前两者是影响中国和美国超级寒潮的关键因素，由于我国基本位于东亚大槽的后部，弯曲的西风带在中国以北就会呈现西北-东南的走向，拖拽着地面的西伯利亚冷高压南下，我国冬天的西北风由此形成。
冬季三槽大致位置▼
这是我国冬季风在气候层面的原因，气候是长期天气过程的总和。东北亚的低压槽是不断变化的，每一次寒潮的发生与结束，都对应着一轮低压槽的形成与转移。
在具体过程中，高空的西风波动会形成向高纬度弯曲的“高压脊”和向低纬度弯曲的“低压槽”，而这些槽和脊会自西向东顺着西风带移动，在这一过程中，往往会加强、发展、变形。
从低压区延伸出来的狭长区域称为低压槽，简称为槽，由于低压周边大气呈逆时针旋转，在北半球，槽的位置就决定了哪里会有冷空气涌入▼
当低压槽经过寒潮关键区，这里的寒冷空气就会被高空的西北风引导向东南方向，并从新疆开始自西向东横扫我国，随着西风带波动逐渐加大，移动到东西伯利亚的低压槽也越来越强，寒潮全面南下。
比如今年国庆期间的那次大规模降温▼
今年10月2号冷高压南下“大举入侵”，给接下来的大幅降温来了个“预热”（图：中央气象台）▼
由此可见，寒潮爆发的关键就是西风带波动，在中国北方的波动越大，寒潮就越猛烈。
比如10月3号的高空槽后有大规模向南的气流（图：中央气象台）▼
由于西风带的风速非常快，一旦方向偏转，冷高压就会在高空气流的引导下迅速南下，其前端往往会形成一条颇具强度的冷锋，相当于寒潮大军的“先锋”。
比如本次寒潮天气，就是随着副极涡带着西风带的横槽下摆转竖，引起高空风向剧烈变化，在高空气流的引导下，冷高压迅速南下并将席卷全国大部分地区，将带来剧烈的大风降温天气。北京29日最高温度暴跌16度，30日~下月1日广州2天内暴跌20℃。
上图为地面气压，下图为高空气压，高空气流的作用非常明显（图：中央气象台）▼
前面所说的，以及最近这次的寒潮都属于常规类型，顶多算是精英怪，都只是西风带的波动把北方的冷空气吹到了中国，而真正的BOSS——超级寒潮，还得是极涡亲自下场：
正常情况下，中纬度西风带会环绕极涡，将极地冷空气牢牢锁住。但如果北极异常增温导致南北温差减小，进而导致西风带减弱，这条防线就会出现局部崩溃，极地涡旋将亲自挂帅、突破封锁南下，把北极直接搬到温带。
极地涡旋原理（图：NOAA）▼
感受一下2019年1月席卷北美的极地涡旋（图：NASA）▼
之前在美国气象灾害的底层地理逻辑那一期里提到过，2021年极端降雪造成得州的电力崩溃的那次寒潮就是这种情况。
而在我国，由于地形阻挡，这种情况相对少见但并非没有，2016年1月下旬，一个北极涡旋的次中心罕见地南下至渤海上空，导致全国大降温，最低温度降到零下的国土面积达到惊人的945万平方公里，几乎就是全国零下，广州市区甚至迎来了中华人民共和国成立后的首次降雪。
当时的极地涡旋状况▼
对此喜闻乐见的广州人，至今仍会怀念六年前的那场雪▼
由此可见，并不是北极越冷寒潮就越强。
限制寒潮的西风带原本是南北温差再平衡的产物。由于全球变暖并不均匀，北极温度的上升速度是中纬度地区的两到三倍。
所以北极变暖事实上削弱了西风带这种再平衡机制，导致西风带大幅减弱引发寒潮，这也正是全球整体变暖之下极端天气频发的某种表现。
冷冬与暖冬
所以，暖冬与寒潮并不矛盾，而且今年可能又是一个暖冬，根据国家气候中心最新发布的冬季气候趋势预测：“预计2022年冬季特别是前冬，全国大部地区气温依旧将接近常年同期或偏高”。
提到暖冬的问题，我们就又会想起那对引起中国气候异常的兄妹——厄尔尼诺和拉尼娜。
可千万不要被两兄妹人畜无害的名字欺骗了▼
此刻在遥远的太平洋另一端，秘鲁沿岸的海表依旧呈现出偏冷的状态，今年8月31日，世界气象组织（WMO）官方发布了一篇名为《WMO预测本世纪首次“三重”拉尼娜现象》的文章，文章预测：旷日持久的拉尼娜事件很可能至少持续到年底，成为本世纪首个“三重”拉尼娜现象，即连续三个冬天都发生拉尼娜。
这三年冬季，拉尼娜赖着不走了（图：WMO）▼
当然相比于厄尔尼诺，拉尼娜持续的时间确实会久一些，比如1957~1959年为持续时间最长的厄尔尼诺仅仅24个月，但1998~2001年的强拉尼娜事件持续了32个月，因此今年冬季出现拉尼娜也不算出人意料。
南半球夏季，热带太平洋增暖，造成全球气候变化的就是厄尔尼诺现象（图：NOAA）▼
而“三重拉尼娜”，拉尼娜在一定程度上有利于冬半年的冷空气活动，根据统计数据显示，1950年以来15次拉尼娜事件，10次都对应着我国的冷冬，约是偏暖概率的两倍。
或许这次拉尼娜，带来的又是一次冷冬？▼
但从更长远的时间尺度来看，在全球升温的大背景下，整个北半球的暖冬出现的频率和幅度在增加，极端冷事件应当减少，强度减弱。
1986年以后拉尼娜事件当年出现暖冬的频率增加，其中1998年和2020年是强暖冬。根据国家气候中心最新发布的冬季气候趋势预测，预计2022年冬季特别是前冬，全国大部地区气温依旧将接近常年同期或偏高。
可以说，气候变暖导致了中国的寒潮减少▼
但另一方面，全球变暖牵一发动全身，将会触发整个地球系统各个链条的转变。比如由于全球变暖的不均匀性，北极温度的上升速度是中纬度地区的两到三倍，这将使得北半球南北温差减小，西风变弱从而使得极涡更加不稳定。
而喀拉海、巴伦支海的海冰消失与气温升高也将使得西伯利亚高压增强，可能会给中国带来更多极端寒潮天气。
白令海北部的海冰，冰层撤退速度也在逐渐加快（图：NASA）▼
参考资料：
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[2] 中央气象台：新一轮较强冷空气将影响中东部地区 四川盆地江汉江淮等地多阴雨 http://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xqxxw/2011xzytq/202210/t20221007_5119787.html
[3] 中国天气网：寒露节气我国冬季版图反超秋季 这些地方昼夜温差可超15℃ https://mp.weixin.qq.com/s/9Y1k_Ep_ymJPczvBwDo0nQ
[4] 中国天气网：降温18℃以上！南方降到预报图发紫 热到破纪录后10月上旬少见的凉来袭 https://news.china.com/domestic/945/20221005/43569386_all.html
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