2022年11月以来，北半球中纬度极寒天气频繁肆虐，造成了严重的经济损失和人员伤亡。东亚地区接连遭遇频繁的寒潮和暴风雪天气的袭击，其中新疆地区11月底、1月初和1月中下旬暴雪天气频发，局部积雪厚达2米以上。北京地区1月25日观测到零下16.7℃的低温，创下1978年以来北京1月下旬气温最低记录，而黑龙江漠河，也遭遇了-53℃的低温天气。与此同时，北美地区先后于11月中旬，12月中旬和12月下旬也遭遇到暴风雪天气的袭击，局地积雪厚度达数米。尤其是圣诞节前后北美的“炸弹气旋”，堪称是近40年来最冷的圣诞节。
近日，中国科学院大气物理研究所姚遥副研究员联合博士生卓文钦（中国海洋大学客座博士生，导师黄菲教授），博士生龚昭荟、罗德海研究员、郑飞研究员、周天军研究员、北京师范大学罗彬禾博士、国家灾害研究院钟霖浩研究员、中国海洋大学黄菲教授以及中国气象科学研究院祝从文研究员和马双梅副研究员，利用再分析资料诊断了近期北半球极寒天气频发的主要环流特征和物理背景。研究结果发现阿拉斯加阻塞(AB)和乌拉尔阻塞(UB)以及伴随的北大西洋涛动(NAO)位相转换是北半球极寒天气产生的主要环流型，而北美到东亚频繁的罗斯贝波向下游的能量频散和传播为这两个地区的阻塞环流建立了联系。基于非线性多尺度相互作用（NMI）理论模型，发现2022年11月至12月北美至欧亚中高纬度地区异常减弱的经向位涡梯度(PVy)是UB和AB长时间维持的关键背景条件，有利于冷空气的输送和累积。此外， 2022年11月和12月，平流层异常信号的下传对AB和UB的发展也有重要影响。11-12月期间，NAO位相的转换引起了UB在持续时间、位置和强度上的变化。长期气候合成表明，拉尼娜和北极低海冰状态的结合有利于中纬度经向位涡梯度的减小，从而激发频繁的寒潮天气过程（图2）。水汽轨迹后向追踪显示，新疆地区和北美局部的暴雪水汽输送路径与阻塞等引起的急流的调节和变化密切相关（图2）。北美局部暴雪的水汽来源以本地五大湖的水汽为主，新疆地区的水汽则主要来源于北冰洋和上游地区内陆海。近期，寒潮还在持续，仍要加强防范寒潮灾害天气。
图1. (a) 2022年11月12日至12月27日500-hPa位势高度距平40°-70°N 经向平均的Hovm?ller演变图，箭头代表罗斯贝波包的传播；(b) 标准化逐日UB、AB和NAO指数演变. (c) 高（低）海冰和厄尔尼诺（拉尼娜）年份合成的PVy的差异，打点代表过90%信度检验。
图2. (a) 11月18日北美五大连湖区域和 (b) 11月25日新疆阿勒泰地区暴雪过程水汽轨迹后向追踪分布图。轨迹颜色表示从轨迹上给定位置到时间后向轨迹原点(目标区域)的累积水汽贡献率(单位:%)。
该研究以News&Views的形式于2023年2月9日发表在Advances in Atmospheric Sciences 上，并被选为2023年第六期封面文章。
封面画面由艾尼塔尼·木拉提提供。拍摄于2022年11月27日新疆哈密市伊吾县前山乡冬牧场。
Yao, Y., and Coauthors, 2023: Extreme cold events in North America and Eurasia in November?December 2022: A potential vorticity gradient perspective. Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-023-2384-3