編者按：以下文章經 The Conversation（一家報道最新研究的線上出版物）許可轉載。
每個人都喜歡談論天氣，而今年冬天，大自然母親為我們準備了一場豐盛的盛宴，供我們細細品味。美國幾乎沒有哪個地區倖免於她的怒火。
美國西部持續嚴重乾旱和異常溫暖的天氣，舊金山經歷了有史以來第一個 無雨一月；嚴寒天氣持續籠罩美國中西部北部和東北部；新英格蘭地區則被看似無休止的 暴風雪所淹沒。
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是的，乾旱、寒冷和暴風雪以前也發生過，但這種模式在北美洲的持續存在開始引起人們的關注。氣候變化在這裡起作用嗎？
更加曲折的急流
我們確實知道的一件事是，極地急流——一股在高空（飛機飛行的高度）快速流動的、環繞北半球的風——近年來出現了一些奇怪的現象。
急流不再以相對筆直的路徑環流，而是更多地以南北波動的形式蜿蜒。在西部，它一直在向北凸起，可以說自 2013 年 12 月以來一直如此——氣象學家將這種模式稱為“異常頑固的高壓脊”。在東部，我們看到了它向南凹陷的對應物，我稱之為“極其頑強的低壓槽”。（見下圖。）
極地急流典型模式的這些長期轉變是今年冬天一些惡劣天氣的罪魁禍首，寒冷的北極風持續數週肆虐從風城芝加哥到大蘋果城紐約的各地。
我們知道氣候變化正在增加極端天氣的可能性，例如熱浪、乾旱和異常強降水事件，但它是否也使這些“粘滯”的急流模式更可能發生呢？也許是。
減速的、醉酒般的路徑
急流是一種極其複雜的現象，自大約 75 年前被發現以來，弄清楚它的運作機制一直挑戰著大氣科學家。更難以捉摸的是弄清楚氣候變化將如何影響它。
急流的存在是由於氣溫差異。就極地急流而言，它負責我們在北半球中緯度地區經歷的大部分天氣，正是寒冷的北極與南部較溫暖地區之間的碰撞驅動了它。（更深入的解釋可以在這裡找到。）任何影響溫度差異的因素都會影響急流。
這就是氣候變化發揮作用的地方：北極的變暖速度遠快於其他地區。因此，北極/中緯度地區的溫差正在縮小。而較小的溫差正在導致急流中自西向東的風減弱。
強勁的急流傾向於從正西向正東方向吹；較弱的急流則傾向於以醉酒般的南北路徑更多地蜿蜒，從而增加了出現類似我們自去年冬天以來幾乎持續看到的波浪狀模式的可能性。
當急流的波浪變大時，它們往往會更緩慢地向東移動，這意味著它們產生的天氣也移動得更慢，從而形成更持久的天氣模式。
至少，這是理論。證明這一點並不容易，因為氣候系統中同時發生著其他變化。有些是自然波動，例如厄爾尼諾現象，另一些則與溫室氣體增加有關。
然而，我們確實知道，北極正在發生整體性的變化，其速度之快甚至讓北極科學家都感到不安。以海冰為例。僅在 30 年內，其體積就減少了約 60%，這正在對整個海洋、大氣和生態系統產生連鎖反應，無論是在北極內部還是外部。我一生都在研究北極大氣和海冰，我從未想到會看到該地區發生如此巨大且如此迅速的變化。
“停滯”的天氣模式
為了研究北極變化對天氣模式的影響，我們擁有自 20 世紀 70 年代末（衛星開始提供資料時）以來良好的大氣溫度和風力測量資料，以及追溯到 20 世紀 40 年代末的相當好的測量資料。
我的同事和我一直在使用這些資訊來測量急流的曲折程度，以及自從大約 20 年前北極開始快速變暖以來，它的行為是否發生了變化。然而，由於高層大氣是如此混亂的漩渦風，測量急流曲折程度的變化是很棘手的，因為它不是科學家傳統上使用的指標。
因此，我們面臨的挑戰是找到新的方法來測量曲折程度，並確定我們發現的任何變化是否與北極快速變暖、氣候系統中的其他一些變化或僅僅是隨機巧合有關。雖然故事仍處於早期階段，但情節正在變得更加複雜。
包括我的同事和我自己在內的全球多個研究小組正在努力理解北極快速變暖與天氣模式變化之間的聯絡。
一些 最近的 研究 發現，秋季俄羅斯西部以北地區海冰流失與中亞地區頻繁出現的異常寒冷冬季之間似乎存在密切聯絡。海冰流失有利於急流向北凸起，從而加強了東部的地面高氣壓。這種變化將寒冷的北極空氣向南泵入中亞地區。
其他 研究表明，夏季北極變暖導致急流分裂——或兩條分離的風河——這往往會捕獲波浪。這些靜止波導致天氣狀況長期“停滯”，增加了歐亞大陸和北美地區極端熱浪、乾旱和洪水事件的可能性。
我們自己上個月在《環境研究快報》上發表的新研究使用多種新指標表明，急流正變得更加曲折，北極快速變暖正在發揮作用。如果這些結果得到證實，那麼我們將看到我們的天氣模式變得更加持久。
換句話說，“異常頑固的高壓脊”和“極其頑強的低壓槽”可能會成為常態，以及它們造成的各種天氣災害。
詹妮弗·弗朗西斯獲得了美國國家科學基金會和 NASA 的資助。她是美國氣象學會、美國地球物理聯合會、科學女性協會和關注科學家聯盟的成員。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀原文。