本周降临美国中部的一股寒流正在打破从南达科他州到德克萨斯州的寒冷记录，许多地方的气温降到了个位数，而新墨西哥州的记录低温甚至降至十几度，这再次引发了关于造成如此极端寒冷天气的原因的讨论。

简单的回答是，极地急流发生了深南方的坍缩，通常在更高纬度的地方环绕全球，但当它偏离其正常的圆形模式时，会造成混乱。然而，发生在地球大气中的相互作用以及高空数英里上相互推挤的气流要复杂得多。

科学家表示，这股冷空气是否是“极地涡旋”？从真正的意义上说，答案是否定的。

这周，位于平流层的实际极地涡旋可能正在帮助引导下方的极地急流形成向南倾斜的模式，从而使气温变得更冷，国家大气研究中心的科学家伊斯拉·辛普森（Isla Simpson）说道。

科学家们研究这些模式已经数十年了，但他们仍在试图回答许多关于这些模式相互影响以及它们如何对气候变化作出反应的问题，气候变化使北极的温度升高速度比地球其他地方快三倍。

极地急流和极地涡旋

在地球高空，两个快速移动的气流带——极地急流和平流层极地涡旋——有时一起影响北半球的天气。

随着北极持续比地球其他地方温暖三倍，一些研究人员表示，这两种大气模式正在共同作用，使得寒冷空气的爆发更加频繁。但关于相互作用的问题尚未完全解决，仍然是科学辩论的主题。

当多种因素同时发生时，“很难分清原因，”辛普森说。“很难解析原因和结果，以及平流层极地涡旋与对流层气候单独产生的所有天气相较的相对贡献。”

有一点是明确的，“极地涡旋”这个词引起了公众的关注，现在专家告诉YSL新闻它经常被错误使用来描述短期的寒冷天气。根据气候网（Climate.gov）极地涡旋博客的说法，极地涡旋并不是“冷气潮”的同义词，也不是造成寒冷空气爆发的唯一天气模式。

“天气可以发生，无论平流层正在做什么，”辛普森说。

极地急流和平流层极地涡旋有什么区别？

高速的极地急流通常在地球表面5到9英里高度旋转，位于被称为对流层的大气底层。

这个急流在脊和谷之间起伏，帮助引导北半球的天气系统，从冷锋到飓风。当急流的某个高峰或谷底出现干燥炎热的条件时，另一个地方可能会经历更冷、更潮湿的气候。

在冬季，极地涡旋可以被视为急流的上层邻居。它在九月出现，当季节性缺乏日照开始使北极地区变得比外界更凉爽时，气象学家和极地涡旋博客的共同作者劳拉·齐亚斯托（Laura Ciasto）说。涡旋通常在四月消失。

极地涡旋围绕北极旋转，位于大气的高层，即平流层，距离地表10到30英里。

与某些人类邻居一样，极地急流和涡旋通常各自为政，但有时，一方邻居可能失去平衡或扭曲，进而影响另一条快速气流带。

极地涡旋和急流如何影响我们的天气？

当极地涡旋强大而圆形时，它充当了冷空气和南方暖空气之间的屏障，能够加速急流的西风流动，使其波动更小，更加集中。

这往往使东部美国和北欧的天气更温和，气象与环境研究的季节性预测主任朱达·科恩（Judah Cohen）说道。

当涡旋受到干扰，变得减弱或拉伸时，急流的起伏可能变得更陡峭或“波动更大”。

这时，北半球往往面临“更严重天气爆发的风险，”科恩说，他是关于平流层涡旋的同行评审论文的十多位国际共同作者之一，该论文于去年十二月刊登在IOP Science期刊《环境研究：气候》中。

这是那个“对美国产生重大影响的阶段，”科恩说，上述情况便是发生在一月在佛罗里达州西部海岸等地造成大雪暴的原因。

然而，涡旋并不是唯一影响急流的因素。其他因素包括全球的大气波动、厄尔尼诺现象以及海洋温度。当某种因素阻碍急流的西风流动时，则会迫使北极的空气流南。

气候变化可能如何影响这些天气模式？

科学家将涡旋的风强度比喻为旋转的陀螺或滑冰者。

一个强大、稳定的涡旋就像一个滑冰者，手臂紧贴身体旋转，将冷空气固定在北极上方。但当旋转出现摆动时，涡旋内的风可能会因与急流的相互作用或温度的突然变化而减缓或改变。当这种情况发生时，涡旋会拉伸或变得细长。

科恩及其共同作者发表的研究表明，自1990年以来，北极温度的升高更频繁地扰乱了极地涡旋，并形成更频繁的冷气爆发。研究人员推测，这可能是美国冬天的暖化速度没有预测的那么快的原因，尽管冬天仍是温暖最快的季节。

其他研究人员不完全相信这种现象的发生频率已经增加。

在过去的65年中，“平流层极地涡旋的强度或极端破坏频率没有显著趋势，这种破坏可能导致冷空气爆发”，美国国家海洋和大气管理局化学科学实验室的研究科学家艾米·巴特勒（Amy Butler）此前对YSL新闻表示。巴特勒与齐亚斯托共同撰写了有关涡旋的博客。

在一月中旬的帖子中，巴特勒和齐亚斯托一致认为急流和极地涡旋可能相互作用，助长了恶劣天气的形成。

涡旋——覆盖在加拿大和哈德逊湾上方——可能与急流向南的转移有关，但这并不意味着它直接导致了北极气流的爆发，据该帖子所述。阿拉斯加上方升高的高压脊可能有助于迫使急流向南俯冲。

尽管科学家们对冷空气爆发的频率没有完全达成一致，但他们一致认为，关于这些模式的强大影响及其在温暖世界中潜在变化的问题使得进一步的研究至关重要。

在温暖的未来可能会发生什么？

科学家对这一切对未来的意义并不确定。

在竞争的因素影响下，各种模型在预测可能发生的事情时意见不一。融化的海冰、美国中纬度地区亚热带急流的变化等各种因素可能会相互抵消。

“我们对平流层极地涡旋未来可能发生的事情存在很大的不确定性，”辛普森说。

当平流层的突发暖气能否更频繁地破坏极地涡旋并向南推动急流仍然是“一个非常开放的问题，”她说。

科恩及其共同作者认为，北极的变化有利于更多的极地涡旋干扰，这可能会引发数周的更严重冬季天气。展望几十年，情况更加不确定，科恩说。现在，“这些干扰正在限制我们的冬季气温。”

这可能会改变并加速美国冬季气温的上升，科恩说，具体取决于冰融化发生的地方，或者是否大部分冰融化。

模型通常认为，当极端寒冷事件发生时，它们将比现在要温暖，巴特勒和辛普森说道。

“我们确实知道的是，北极的升温速度比世界其他地方都快，”辛普森说。“即使这些事件发生，降下来的空气也会更暖和。”

在气温升高到无法降雪的水平之前，温暖的冬季大气将承载更多的水分，辛普森说。这意味着仍然寒冷的地方可能会看到更多的降雪。

(此报道已更新以添加新信息。）