五问美国“致命”特大冬季风暴 极地涡旋为何轻易南下

近日席卷美国的特大冬季风暴给美国带来了哪些严重影响。

今天，我们特邀中央气象台首席预报员周宁芳深度分析，这场特大冬季风暴究竟是如何形成的？从全球视野来看，这场发生在北美的冬季风暴究竟意味着什么？

01 此次美国冬季风暴有何特点？

周宁芳介绍，美国刚刚经历的这场“致命冬季风暴”，具有影响范围广、极端性强、多灾种并发、受灾严重等特点。23日至26日全美约40个州发布天气预警。

本次冬季风暴伴随明显的大风、降温、雨雪和冰冻等多种灾害性天气。随着极地冷空气强势南下，多半个美国气温降至冰点以下，最低气温0℃线南压至美国南部地区，得克萨斯州、乔治亚州至南卡罗来纳州出现了降雪和冰冻天气。

02 “极地涡旋”为何能“轻易南下”？

亚洲、欧洲和北美洲地处北半球中高纬度的区域，常受到极地冷空气南下影响，当地面冷高压达到一定强度，中高纬度环流径向度加大，往往就会引发寒潮大举南下，带来大风、降温、暴雪、冰冻等灾害性天气。本次美国遭遇的这次风暴是今年入冬以来最强的一次冷空气活动。

周宁芳分析，这次冬季风暴本质上是“极地-中高纬大气环流相互作用的结果”，其中关键环流是极地涡旋的发展以及极地冷空气直接南下。据介绍，当北极为“单极涡旋型”，一般涡旋强而稳定，冷空气多堆积在极区不易扩散；若为“多极涡旋型”，极地冷空气会随着极涡偏离北极从而容易向南扩散。

近期极涡呈现为多极型，一个极涡中心一直偏向西半球，有利于极地冷空气扩散南下。1月中旬后期，太平洋北部高压脊强烈发展并稳定维持，脊前偏北气流将极地冷空气引导南下，在加拿大中东部和美国东北部堆积，形成稳定少动的涡旋。



1月22日100hPa位势高度（等值线）及其距平（阴影）分布（单位：dagpm）

23日开始，加拿大西北部的极地涡旋明显增强，太平洋北部高压脊西北向发展，使得极地涡旋携带的冷空气直接南下，加拿大中部地面冷高压增强，沿西部高大地形南下然后东移，使得加拿大和美国遭遇今年入冬以来最强的一次大范围冬季风暴。



1月25日500hPa高度场（等值线）及距平（阴影）分布（单位：dagpm）

03 20分钟气温速降11.7℃，美国为何常遭遇断崖式降温？

值得关注的是，本轮过程中多地气温刷新历史低温纪录，明尼苏达州和北达科他州最低气温降至-27℃以下，局地低至-35℃，南部的得克萨斯州、乔治亚州至南卡罗来纳州的最低气温降至0℃，部分地区出现了降雪和冰冻天气。

这次冬季风暴气温降幅之大，更是令人咋舌。社交平台上，根据气象学家发帖，密西西比州格尔夫波特气象站的数据显示，气温一小时内降幅达到了10.6℃。

“美国地形南北纵贯、中部平坦，冷空气南下时无显著屏障，因此当冷空气足够强时，降温幅度就会非常显著。”周宁芳介绍，极端情况下，中高纬度地区降温幅度可达20℃左右。

04 大半个美国出现雨雪，冬季美国这么充沛的水汽从何而来？

美国冬季风暴通常伴有大范围雨雪，这次过程“雪线”甚至南压至美国南部地区。从累计降水量来看，美国东部和南部降水量普遍超过25毫米，部分地区超过50毫米，东北部累计降雪量最显著，大部地区达30厘米左右，局地累计积雪可达40厘米。

周宁芳介绍，大范围雨雪的形成是冷空气南下与暖湿气流交汇导致。当冷空气南下深入影响较低纬度时，副热带地区也会有降温和降雨或者雨雪转换甚至是冰冻天气的发生。此次冬季风暴降水最强的区域位于美国中东部偏南区域，也正是冷暖气流交汇最剧烈的区域。

周宁芳分析，美国东部和南部分别是大西洋和墨西哥湾，暖湿气流相对充沛，当有冷空气南下时，中东部经常会出现雨雪天气过程。此外，除了来自低纬度的洋面暖湿水汽之外，大片的陆地湖泊也会有增温增湿的作用，使得周边地区容易发生暴雪，最为显著的区域是美国东北部的五大湖地区。



五大湖地区（Great Lakes Region）是指由环绕北美洲五大湖的加拿大安大略省和美国的伊利诺伊州、印第安纳州、俄亥俄州、密歇根州、明尼苏达州、纽约州、宾夕法尼亚州和威斯康星州所组成的区域。 来源：维基公共资源



2022 年 1 月 10 日，五大湖地区刮起了寒冷的西北风到西风，形成了湖泊效应降雪。 来源：NASA（Aqua卫星）

05 同样是冬季下雪，北半球各大洲差异竟如此之大？

周宁芳提出，冬季雨雪过程的形成，受冷空气强度、水汽输送条件是关键天气系统配置下的综合作用，此外还受到地形因素影响。在北美洲，美国地形开阔、强冷空气容易一路南下，加上水汽相对充沛，容易出现大范围降温和雨雪。

与之相比，在亚洲，中国受青藏高原阻挡，西伯利亚冷空气不宜大举南下，强冷空气过程相对北美要少，冬季西太平洋副热带高压在显著南落，大范围寒潮雨雪过程也需要深厚南支槽系统的配合。而在欧洲，北欧多受极地气旋的影响，有强风酷寒天气，西欧受到大西洋气旋的影响，风力强，也会出现暴雨或者暴雪，但气旋进入陆地后会快速减弱，中欧和东欧内陆，由于地形摩擦大，水汽供应少，气旋强度相对弱。

这些差异凸显了全球不同地区冬季天气系统的多样性与复杂性，也彰显了地形、海陆分布与大气环流配置对区域气候的深刻影响。

最后是风险提示。此次冬季风暴影响范围广、破坏力强，其后的极端低温将使除冰和恢复工作异常困难，影响可能持续数日。在美华人、华侨和留学生请务必保持警惕，以安全为第一要务：

1. 避免外出暴露，极寒下皮肤暴露数分钟即可冻伤。

2. 在室内使用发电机、燃气取暖或汽车供暖时，务必保持通风，严防一氧化碳中毒。

3. 如果条件允许，准备至少72小时的食物、饮用水、药品及应急电源。鉴于2021年得州寒潮曾导致电网瘫痪，建议提前为手机、充电宝充满电。

4. 熟悉家中总水阀位置，以便在管道冻裂时紧急关闭。

5. 如必须驾车，确保车辆电瓶、防冻液正常，安装防滑链。行车时加倍注意高架桥、十字路口等易结冰路段。

6. 与家人、朋友及当地学联、华人社团保持联系，以便在需要时能及时获得或提供帮助。

最后，如遇紧急情况可拨打 911（可要求中文服务）。