在過去一年中，北極的氣候有時近乎荒謬。最近的聖誕節週期間，某些地區的氣溫比平均水平高出 30 至 50 華氏度。到 11 月為止，該地區冰覆蓋海洋的面積在 11 個月中有 7 個月創下歷史新低——這是前所未有的持續時間。或許更重要的是，2016 年北極氣溫與北美、歐洲和亞洲中緯度地區氣溫之間的差異是迄今為止最小的。
值得注意的是，這種差距的縮小似乎正在推動中緯度地區的極端天氣，從熱浪和乾旱到暴雪。為什麼最近北極如此瘋狂？它與南部（許多人居住的地方）的惡劣天氣有多大聯絡？大眾科學採訪了羅格斯大學海洋與海岸科學研究所的研究教授詹妮弗·弗朗西斯，她自 1994 年以來一直研究北極氣候變化及其與全球天氣的聯絡。
[以下是經過編輯的採訪記錄。]
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目前持續不斷的北極氣候記錄有多不尋常？
這些記錄令人震驚，因為數量實在太多了。北極正在發生的額外變暖——“北極放大效應”——是我們見過的最嚴重的。我們還看到了海冰厚度最低值，以及大氣中水蒸氣含量最高值。後者通常不會成為頭條新聞，但它應該成為頭條新聞；水蒸氣來自更多的蒸發，因為有更多暴露的開放海洋。此外，急流的大幅擺動將更多水蒸氣向北輸送。這很重要，因為水蒸氣是一種溫室氣體，就像二氧化碳和甲烷一樣。它將熱量滯留在 атмосфере 中。這些蒸氣也會凝結成我們所知的雲滴，而云滴本身會吸收更多的熱量。水蒸氣是放大效應故事的重要組成部分——也是北極變暖速度快於其他任何地方的重要原因。
額外的水蒸氣是否會導致某種反饋環路——趨於自我強化的條件？
我們開始這樣認為。它是反饋的直接組成部分，即海冰的更多流失導致更多的蒸發，從而吸收更多的熱量，從而融化更多的冰——這是惡性迴圈之一。但另一個可能正在出現的惡性迴圈是，當北極非常溫暖時，我們認為這會導致急流採取更波浪狀的路徑——大幅向北擺動和向南下降。當急流這樣做時，它會將更多的熱量和水分輸送到北極，這會使北極更熱，從而使急流更加波動——這是與海冰消失相關的另一個惡性迴圈。聖誕節期間，北極點氣溫高於冰點——對於一年中的那個時候來說，這太瘋狂了——這與急流的一次大幅擺動有關。
最近，科學家們開始更直接地將氣候變化模式與極端天氣事件聯絡起來，而他們通常不願這樣做。這些聯絡是否變得更加清晰？
嗯，首先，全球氣溫升高正在加劇熱浪。全球更多的水蒸氣與大氣變暖有關——現在大氣中的水蒸氣比 20 世紀 50 年代增加了約 7%，這與強降水事件的增加直接相關。乾旱也與大氣變暖有相當直接的關係。
北極放大效應——[北極氣溫比中緯度氣溫上升得更快]——可能是最具爭議的因素。我們認為正在發生的情況是，放大效應正在促成急流中這些非常波浪狀的模式。當這些波浪變大時，我們往往會在中緯度地區看到非常持續的天氣模式。這些波浪往往移動非常緩慢，而這些波浪正是造成我們所經歷的天氣的原因。這些波浪的不同部分往往會促成非常暴風雨的模式、非常乾燥的模式或冷熱交替。因此，在您所在的地區，天氣狀況將持續更長時間。
加利福尼亞州持續乾旱的原因仍然難以 unravel——其中有多少是由於全球普遍變暖造成的，有多少是由於北極快速變暖導致更持久的急流模式造成的。但這就是目前正在進行研究的領域。
那麼，我們是否可以將加利福尼亞州的乾旱與北極條件或急流聯絡起來？
這涉及到中緯度和熱帶地區氣候系統的自然波動可能如何因北極變暖而加劇。一個很好的例子——一些研究清楚地表明瞭這一點——是當太平洋的海面溫度模式傾向於在特定位置將這些向北擺動或山脊之一置於急流中時。在過去幾年中，這些模式傾向於在北美西海岸附近形成山脊。這是很自然的事情。但與此同時，我們在北極太平洋一側的海冰非常少。該地區上空一直有很多暖空氣——阿拉斯加經歷了許多創紀錄的高溫和大量降雨。我們認為發生的情況是，當在北極變暖可以加劇它的位置形成山脊時，這會使山脊變強並將其進一步向北延伸。這會在急流中形成更大的波浪。您會在北美西部形成更強的山脊，並在更靠近北美東部的地區形成更強的向南傾斜。
這將如何導致加利福尼亞州乾旱？它是否將雨水向北移動？
山脊是乾燥、晴朗的天氣。這就是所謂的“荒謬地有彈性的山脊”——它一直處於恰到好處的位置，使加利福尼亞州非常乾燥。它已將風暴向上送到西雅圖、太平洋西北地區和阿拉斯加。
我們能否將其他極端天氣歸因於北極，例如西伯利亞的過度降雪和寒冷？
北極地區 20 至 30 度的較暖異常與西伯利亞地區 20 至 30 度的較冷異常相匹配。這種機制已被充分記錄在案。溫暖的北極，特別是斯堪的納維亞半島以北的地區——巴倫支海和卡拉海——是海冰流失最多的地區之一。今年海冰一直持續偏低。這往往會使急流向北凸起，從而在東部形成一個低壓槽，這有助於引導更多北極空氣進入西伯利亞，並導致那裡的降雪提前。一旦陸地上有積雪，它就會隔離陸地，使天氣更加寒冷。更早、更多的降雪是使天氣更加寒冷的惡性迴圈之一——而寒冷有助於誘導急流在那裡向南傾斜。
據說最近“蜿蜒”得更厲害的極地渦旋呢？
這就更復雜了。過去一年半的幾項趨勢表明，當冬季急流變得不穩定且北極非常溫暖時，我們往往會看到平流層[或極地]渦旋變得不那麼圓形——更蜿蜒，甚至分裂成兩個。這種情況在過去幾年中發生了很多次。當極地渦旋受到干擾時，它往往會在冬季後期影響急流。該系統似乎存在長期記憶，從秋季北極地區的海冰減少和氣溫升高開始，然後是 2 月甚至 3 月的這種渦旋行為。
這與 2016 年路易斯安那州的嚴重洪水有關聯嗎？
洪水風暴系統移動非常緩慢，但我們以前也見過這種情況。這是否與北極有關尚不確定。
科學家們一直不願將特定的天氣事件歸因於氣候變化。這種情況正在改變嗎？
我認為最初的不情願是因為這是一個新的假設。我認為一些研究熱帶地區的人幾乎都認為熱帶地區控制著世界各地的天氣模式。因此，一個新的挑戰者出現了，說：“哦，不僅僅是熱帶地區，還有北極！” 有些人不願接受地球頂端的這個區域會影響像急流這樣巨大的事物。但自 2012 年以來，已經有數十項研究支援了這一總體思路。他們還發現，情況很複雜——不同的機制在不同的季節在不同的地點發生——但一切都開始變得更加清晰。現在已經有足夠的研究表明，該假設正在轉變為理論。
公平地說，北極行為的變化與科學家的預期相符嗎？
有些事件與 10 年甚至 5 年前的預期不符，但它們確實符合將北極與急流聯絡起來的這一較新的假設。有明顯的跡象表明，ENSO [厄爾尼諾-南方濤動，或厄爾尼諾/拉尼娜迴圈] 不再是唯一的決定因素。
北極記錄的發生是否比預期的要早？
事情似乎確實比大多數人預期的發展得更快。冰層肯定比我們預期的消失得更快。即使在五年前，大多數模型預測我們可能會在本世紀末看到一個沒有海冰的夏天。現在，估計更像是 2030 年或 2040 年，甚至這可能也太遙遠了。過去一年北極地區被打破的全部記錄似乎表明，我們看到事情發展得更快。這種情況正在地球的氣候系統中全面發生。