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很多影响中国的寒潮和极地涡旋南移有关，极地涡旋也是造成北美洲寒潮的主因。 面对寒潮这种终极大boss，中国还有秦岭、南岭这些山脉能比划两下子。 但对于南北通透的北美洲，寒潮长驱直入墨西哥湾如入无人之境。
2019年，极地涡旋带来的寒潮让美国芝加哥的温度能和南极洲一较高下，连热带国家墨西哥都下起了冻雨。
北极涛动，指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。
北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。
中国国家气候中心专家认为，美国东部和中国东北、华北地区均处于大洋西岸。冬季气团主要从西北向东南穿越北美洲和亚洲。极地气团南下到大陆上空，当气团经过海面时，温度极低的空气与相对温暖的水面接触，气团下部温度升高，水汽进入气团。寒冷、密度较大的冷气团下沉，使暖空气上升，温度降低，水汽凝结，空气不太稳定，云层不断加厚，产生降水。由于下层空气温度很低，当冷空气逐渐向前推移，上升气流减弱，云中水汽直接在冰晶上凝结成较大的形态，由此，水汽以雪的形式降落下来。 同时，中国国家气候中心专家认为，相比北美和亚洲的寒潮暴雪天气不同，欧洲的暴风雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其对整个欧洲特别是北欧、西欧的影响很大，这股海洋暖流使得其上面的空气保持暖湿状态。欧洲处于高空冷涡的控制下，来自大西洋的西南暖湿气流进入高空冷涡后上升凝结产生降雪。由于高空冷涡上升运动强，极地冷空气南下与当地强盛的暖湿气流大范围汇合会导致大范围降雪。
近年来，随着全球变暖加剧，北极及其邻近区域气温的破纪录事件频繁发生： 2019年至年2020的这个冬季莫斯科平均气温为0摄氏度，不仅比往年同期气温的正常值高了7.7摄氏度，下雪也成了不多见的现象，是140年来最温暖的冬天，2019年也是俄罗斯有气温记录以来最热的一年；
（图片来自NCEI） 2019年7月4日美国气象局发布消息称阿拉斯加州的安克雷奇国际机场气温达到32摄氏度，打破50年的高温记录，当地居民平时穿棉衣，当时出现了在冰雪之上穿短袖短裤滑雪、爬雪山的趣景； 2019年6月和7月分别是欧洲有史以来最热的6月和7月，欧洲多国气温创历史极值，数据显示，空调的普及率在欧洲家庭中不到5%，当年的空调销售异常火爆。以德国为例，一台空调要价650欧元，安装费却要1350欧元，高昂的人工成本也令欧洲民众苦不堪言； 2018年07月30日 位于北极圈之内250公里的挪威城市巴纳克也出现了百年难遇的罕见32℃高温； 年20201月全球陆地和海洋表面温度为1880年有气象观测以来最暖的一月，年2020很有可能超过2016年成为有观测记录以来最暖的一年。 北极附近为什么频现高温呢？ 这不仅和全球气候变暖有关， 还和北极放大效应有关。
（图片来自Cohen等，2020） 北极放大效应
受全球气候变暖的影响，北极地区不仅在变暖，而且加速变暖，变暖速度是全球平均速度的2倍。北极加速升温被称为“北极放大效应”，多种因素造成这一效应，其中最主要的原因是海冰融化。近些年来，北极海冰面积呈逐年减少的趋势。2016年1月，北极海冰的覆盖面积为1338万平方公里，为1979年有卫星记录以来1月同期最低值。对阳光反射性强的海冰融化成了颜色深的海水，海水又造成北极对太阳辐射的吸收率上升，吸收了大量热量。海冰融化和北极气温上升二者相互影响，加速北极升温。
北极“放大效应”可能影响着格陵兰岛海冰的融化，也可能会导致未来海平面进一步上升。 如果格陵兰岛的海冰继续融化，会促进海平面上升，还会导致全球洋流的改变：随着格陵兰岛南部的融水不断增加，北大西洋冰冷、盐度高的海水就会被稀释，其下沉速度会随之减慢， 大西洋经向翻转环流（即AMOC，墨西哥湾流）的速度也将减慢，该环流对全球海洋热量传递起着至关重要的作用。这个传送带向北方的高纬度地区输送温暖的洋流，继而以深流的方式将北大西洋的冰冷海水向赤道传输。它通过将温暖的表面水传送到高纬度地区，从而让这些水在寒冷的北大西洋深层水的地方进行冷却、渗透、向南返程流动。一旦环流崩溃，北大西洋沿岸国家（特别是东岸）将迎来寒冬，冰岛和挪威的海冰将快速扩张，世界各地的降雨量将发生变化。谭老师地理工作室综合整理
北极升温和海冰减少近来，不少研究发现，古老的北极冰川正以前所未有的速度消融。到本世纪中叶，北冰洋很可能会进入夏季无冰的时代，一片全新海洋正在形成。
全球气候变暖无疑是主要原因。据科学家测算，北极地区变暖速率是全球平均水平的两倍以上。1980年以来，局部升温甚至达3.5摄氏度，升温幅度大大超过《巴黎协定》设定的2摄氏度目标。2016年以来，北极中心区域冬季多次出现爆发性增温现象，使得2016~2017年北极年最大海冰覆盖范围达到了1979年以来的最低值，目前夏季海冰覆盖面积也缩小约30%。
北极海冰融化对气候造成了长期性的威胁，因为海冰在反射太阳辐射方面发挥着巨大作用。随着气候变化不断使海洋升温，导致海冰融化，北极将变得越来越黑暗，吸收热量的能力也会进一步增强，海洋也将继续升温，这一难以控制的反馈回路被称为北极“放大效应”（Arctic amplification）。 北极变暖速度倍增 北极熊数量因此下降
美国国家海洋和大气管理局发布报告说，被称为“地球冰箱”的北极今年继续以世界其他地区两倍的速度变暖，这一持续30年之久的“北极放大效应”显著改变了北极的生态系统，有更多证据表明北极熊数量因此下降。 报告说，过去10年全球变暖速度呈放缓趋势，但北极气温持续增长，其中阿拉斯加今年1月的气温高出往年同期10摄氏度，创造新纪录。由于气温升高，北极熊栖息及捕猎的主要场所——北极海冰面积尤其夏季的海冰面积缩小，生活在加拿大哈得孙湾西部的北极熊数量，从1987年的近1200头降至2011年的约800头，好在北极其他地区的北极熊数量仍相对稳定。 北极海冰面积创历史新低，北极“放大效应”为罪魁祸首？
图为美国宇航局的阿卡卫星2015年6月拍摄的一张照片，照片中可以看到格陵兰岛附近的海域中漂浮着大量大块融化的海冰。 从21年202月初开始，美国也陆续出现数次降温，范围近乎波及整片中部地区。其实这已经不是美国近年来第一次遭遇严重寒潮，在2019年1月整片五大湖地区的平均气温降至-34℃至-40℃，不少市镇出现了创纪录的低温。 2019年1月27日的北美五大湖，寒冷彻骨 （图：NASA）▼ 今年的寒潮让美国很多地区的低温再创新低，其中受寒潮波及严重的地区，甚至包括美国南部靠近墨西哥湾的得克萨斯州。 时隔两年，横跨东西半球的三次寒潮背后有同一个关键因素的影响——极地涡旋。 寒潮下的得克萨斯州（纬度相当于中国湖北） （卫星图：NOAA）▼ 极地涡旋的新家 地球不同纬度接受的太阳辐射量不同，低纬地区能受到太阳直射，气温高，地表气压低，而高纬度气温较低，地表气压高，平流层附近气压却较低，这导致极地高空出现巨大的寒冷的涡旋。 涡旋可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在极地地区。 相当于打了个封印，虽然不那么牢靠▼ 南北极都有极地涡旋，南极因为存在较为规则的南极大陆，而四周为海洋，所以南极的涡旋中心较为稳定，通常靠近南极点。而北极因为陆地分布不规律，北极点位于北冰洋中，而海陆热力差异又导致陆地在冬季时气温更低，所以北极涡旋也相对呈狭长状，中心分布于西伯利亚北部和巴芬岛上空两个区域。 南极点在陆上而北极点在海上 北冰洋周边环境也复杂得多▼ 受地球高低纬度之间的气压差的影响，极地与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。可是近年来，全球变暖海冰消融，北大西洋和北太平洋水温升高，北极涡旋开始出现分裂趋势。在洋流和大气环流的综合影响下，南方的温暖空气会向北移动，“挤压”北极冷气团，甚至将其“挤”出多个中心，并在不稳定的情况下向南移动。 相当于分出好多条北海龙王 每一条南下都是一次大寒潮 （图片：NOAA）▼ 西半球的北极冷涡中心巴芬岛位于加拿大东北部。这里与美国之间仅有哈得孙湾、哈得孙沿岸平原与五大湖相隔，地势一马平川，并不能有效阻碍寒潮南下。 这个时候就看出阿巴拉契亚山脉的作用了 （2019年1月寒潮南下） （图：NOAA）▼
近年来气候变化日益明显，北极海冰持续减少，北极冷涡变得很不稳定，巴芬岛上空的冷涡中心经常南下到五大洲周边地区和美国东北部，在北美的人口密集地区肆虐。而美国的中央大平原同样地势低平，有利于寒潮的进一步南下，冷空气常常得以贯穿全美，美国自然深受其害。 也就是说在驻巴芬岛北海龙王面前 从哈得孙湾到墨西哥湾，几乎无险可守 南北向的密西西比河上空，寒流可以肆意流淌 每次冷涡一到，美国各地降温幅度也非常夸张。今年1月，其在北京创造的最低温度是-19℃，而五大湖周边受寒潮影响时，则动辄出现-30℃的低温。南下的冷涡除了带来低温，还与哈得孙湾与五大湖的水汽碰撞，导致大规模降雪、道路结冰、冻雨等次生灾害，为交通、供电、农业带来巨大压力。 2月19日早晨的低温美国 图中温度应为华氏度，1华氏度相当于-17.22摄氏度 -10华氏度，相当于-23摄氏度，相当冷了 （图：NOAA）▼ 换句话讲，冷涡为美国带来的除了“冷”，还有“冻”。 美国这一次寒潮范围之广也实属罕见，从加拿大边界的圣劳伦斯河到墨西哥边界的里奥格兰德河，美国本土领土从北至南近2000英里的广袤土地被寒潮贯穿，普遍遭遇降温。1.54亿美国人可能受到寒潮的影响，位于平原地带的亚拉巴马州、俄克拉荷马州、堪萨斯州、肯塔基州、密西西比州和得克萨斯州先后发布了紧急声明。 相当于得克萨斯可以和阿拉斯加一个温度 免费体验了一把北极 （2月15日北美气温，图：NASA）▼ 美国得克萨斯州遭遇暴风雪袭击，导致超过400万户家庭断电、超过1490万人无水可用的事，引发全球关注。
与此同时，南欧希腊多地遭遇罕见大雪，断水断电、学校关闭。谭老师地理工作室综合整理
暴风雪为何奇袭以沙漠、烈日著称的美国南部和阳光海湾的希腊。其实“癫狂”天气的成因非常多，今年这波重点关照南方的暴风雪有三大因素值得重点分析。
我们常常会听到“来自西伯利亚的冷空气”这样的说法，其实西伯利亚并不是冷空气的老家，而是冷空气的“中转站”和“加油站”，真正的冷源是极地。 地球在不同的纬度接收到的太阳辐射也是不同的，极地接收到的热量最少，赤道则最多。这就造成了极地的地表温度低、气压高，赤道的地表温度高、气压低。相对应的，在极地的高空也就是平流层出现了低气压，从而形成了极地涡旋，简称极涡。 每年冬天，正常情况下，平流层的极涡都是被强烈的西风围绕，极冷空气如同戴上了紧箍咒被圈在极区内，这时候我们的气候正常，气温起伏相对较小。但在异常情况下，平流层极涡会被扰动，变形或崩溃，这就好比禁锢冷空气的紧箍咒被平流层打破，其效应向下传导，会迫使对流层极区的冷空气大规模向南扩散，寒潮就此爆发，影响开始扩大。
△非正常
△正常 众所周知，影响天气的因素出现在大气层的最底层，就是约10公里厚的对流层。而连民航飞机都飞不到的平流层的变化，有时也会与对流层相互作用，从而影响我们的天气。 年2020末至21年20初，北极上空的平流层出现了异动，是一次典型的“平流层爆发增温”。平流层爆发增温是低层的大气波动在某种有利的条件下被传播到平流层，而影响了平流层的环流所导致的。动画是平流层中层约30公里高度也就是10hPa的温度变化，我们可以看到北极极区的气温迅速上升。年202012月31日极区气温约-62℃，21年201月4日骤然上升到-22℃，在短短5天时间内极地平流层温度上升了40℃。极区平流层的异常增温会伴随平流层逆时针旋转的强大西风环流减弱或转为顺时针，平衡就这样被打破了。
△21年20初平流层爆发增温 平流层增温从酝酿、发展到爆发所产生的效应，通常需要大约2周左右的时间开始影响到对流层，并在接下来1个月左右的时间内持续影响对流层气候。然而，强的平流层爆发增暖并不是每年都会发生，并且每次发生也并不总是影响同一个地区的天气气候，今年恰好影响的是欧洲和美国。
暴风雪为何奇袭得州和雅典？ 首先，本次寒潮由极涡亲自挂帅南下 ，所以无论降温能力还是影响范围都是王者级别。在刚刚过去的十天，欧洲、北美成为北半球气温偏低最为明显的区域，很多地区偏低在10℃以上。
其次是地形因素影响，在冷空气南下的移动过程中，如遇地势比较平坦顺畅，那么速度自然就快，消耗就少，反之则慢，消耗也大。因此，海洋、平原地区冷空气所受阻碍少；山地对冷空气前进阻碍大。美国西部山多、中东部是平坦的中央大平原，此次冷空气顺着洛基山以东，从中央大平原一路向南，没有任何阻挡直达墨西哥湾沿线。当寒潮到达的同时，来自墨西哥湾的暖湿气流同步抵达这一地区，寒潮主导加之暖湿空气配合，造成这一地区大范围的降雪天气，并导致极其严重的影响。
△美国得克萨斯州遭遇暴风雪袭击（图片来自：CNN） 随着全球气候变暖的趋势日益加大，极端天气气候事件有增无减。当北美、欧洲极寒的时候，我国的2月份则是暖得惊人，华北、黄淮等地纷纷突破2月历史最高气温纪录。在未来，我们可能面临更加炎热的夏季、更加猛烈的对流，同时也有更加频繁的冬季寒潮影响。 科学家们一直认为，地球的环境问题是一个巨大的问题，随着人类的不断发展，人类对地球资源的需求也在不断增加。但人类对资源的不断开采，也使地球环境遭到严重破坏，地球资源日益短缺，不断排放的温室气体使全球气候变暖问题日益恶化，而且将日益难以控制。
我们都知道，温室效应导致全球温度上升，南北冰川大范围融化，海平面上升，海岸线也在退步，但是，最近有专家说：全球变暖将会停止，开启冷却模式，甚至会变冷。究竟发生了什么事呢？
随着人类对环境无止境的索取和破坏，越来越多的严重问题也逐渐摆在眼前，“温室效应”就是其中一个令人痛心的严重问题，但这段时间，科学家们发现了另一个即将出现、将给地球和人类带来危机的现象，即几十年后即将到来的“小冰期”。
如其名称所示，我们可以从字面上理解，这是一种导致温度急剧下降的现象，当“小冰河时代”来临时，太阳向地球传递的逐渐消退的温度将大幅降低，冷却将不可避免地成为难题；这种现象的提出来自一位美国科学家的研究，他们利用仪器记录下太阳活动的周期，也正因为这样才能发现太阳极小期。
据科学家分析，到2050年，太阳将进入一个奇怪的“蒙德极小期”，这是一次推测性的事件，科学家们认为，该事件导致17世纪中期地球异常寒冷，当时英国伦敦的低温已经使泰晤士河封冻。另外，1658年，波罗的海还遭遇了一场罕见的冰冻，直到今天还无法想像，那就是瑞典军队能够在冰面上远足并入侵丹麦。
在此项研究中，物理学家 DanLubin领导了这一研究，他认为，这些事件与太阳活动的循环有关，而且在未来30年到达极小期之前，我们可能会经历比17世纪中期更糟糕的情况。
第一个影响是，当太阳的能量减少时，地球平流层的臭氧层变薄。与此同时，它会使平流层的温度结构发生变化，进而改变底层大气环流，尤其是影响风向和天气模式。但冷却并不均匀，科学家们注意到，欧洲地区可能在极小时期出现明显的冷却，但阿拉斯加和格陵兰南部却异常温暖。
也许许多人都认为，地球冷却是件好事。但是，实际上，太阳极小期所带来的凉爽并不适合地球，比如说，夏天的时间会缩短，而粮食可能因此而减产，严重的话，可能会导致粮食供应不足的问题。
北极地区是全球变化响应最敏感的区域，北极地区地表气温的增暖速度是全球平均的2-3倍，称之为北极放大效应（Arctic Amplification）。过去30年来北极气温异常值越来越大，到2019年已经升温达3摄氏度以上。为什么北极升温速度比其他地方快？ 1.海冰—反射率正反馈 我们都知道，白色冰雪对于太阳辐射是具有反射作用的。全球气候变暖，北极地区海冰消融变成开阔水面，海冰的反射作用消失，而海水吸收和储存了更多的太阳辐射，海水对近地面的加热作用随之增强，导致近地面升温。更暖的气温使得海冰进一步减少, 从而形成了海冰—反照率正反馈，加速了北极的升温速度。 海冰反射率 2.大气温度反馈 根据普朗克定律可知，在同等的外部辐射强迫下，绝对温度越高，为达到向外辐射能量平衡所需要的温度调整便越小，反之亦然。比如在30°C时，为平衡1 W/m2的辐射强迫气温需要升高0.16°C，而在-30°C时, 为平衡同样能量所需的增温则达到0.31°C。由于北极地区的绝对温度明显低于中低纬地区，在同等辐射强迫下，北极地区需要更高的增温来达到新平衡。所以这也会造成北极地区升温比其他地区快。此外，由于北极地区的增温主要在大气的低层，而热带地区主要在中高层，因此大气增温对于北极地表温度升高影响更显著。 不同地区的热辐射强度因温度和吸收能量等而有差异 3.云和水汽反馈 众所周知，水汽是一种重要的温室气体，能够吸收大气中的太阳长波辐射并储存热量，增强大气的保温作用。随着全球气候变暖，北极地区大范围海水蒸发，大气中水汽容量增多，对应的云量也会增多，大气的保温作用增强，造成北极地区升温。大量研究表明, 云和水汽的增多是近年来北极海冰减少和北极增温的重要原因。 大量水汽入侵后对北极气温快速升高 4.除以上三点原因外，大气环流和洋流也能将低纬度的水汽和热量输送到北极。 北极放大效应的驱动机制 一、温室气体增加导致全球气温升高，北极海冰融化后海水吸收了更多的太阳辐射，进而导致海冰进一步减少，从而造成北极气温的进一步升高，形成了恶性循环； 二、北极云量和水汽的增加导致更多的长波辐射被反射回地面； 三、中纬度波动向北极输送更多的热量和水汽（一种温室气体）； 四、海洋变暖后向极地输送更多热量，导致海冰融化；
（图片源自AER） 北极升温和海冰较少影响 首先，北极陆地和海洋生态系统发生变化。在陆地上，积雪快速融化，植被覆盖增加，树线北移；在海洋里，温度和光照的增加促进了浮游植物的生长，鱼类等随之北上，渔业资源也北移。极地是全球生态安全的屏障，作为地球上的生态脆弱带，这些变化可能给寒冷生态系统的微妙平衡带来重大破坏。 其次，二氧化碳等温室气体的循环过程发生极大改变。北极是目前地球上碳源汇格局变化最剧烈的地区。 碳源和碳汇分别指二氧化碳的释放源和吸收体。一方面，地表大量营养盐物质在冰层融化后被冲刷入海，开阔海域面积和持续时间增加，都有利于海洋植物的生长，加强了碳从海洋表层向深层的转移和埋藏，这一将碳“抽”入海底的过程也被形象地称为“海洋生物泵”；另一方面，冻土层加速融化加剧了土壤中甲烷和二氧化碳的释放，海域的扩张也加大了浮游生物对二甲基硫等温室气体的排放。可见，碳源和碳汇在北极都有所增加。总体来说，北冰洋是大气二氧化碳的“汇”，但这个“汇”涉及上述陆地与海洋物质交换的多种过程，未来究竟会如何变化，目前尚不得而知。 最后，北极地区发生的海—冰—气相互作用过程也对北半球的气候和极端天气产生了影响。北极海冰面积减少会导致北半球冬季大气环流场的变化，造成中纬度气压降低和高纬度气压升高，给北半球国家带来频繁的寒潮与暴雪，甚至影响雾霾的扩散。此外，冰层的融化也会导致海平面的升高。据估算，如果格陵兰岛的冰川全部融化，全球海平面将上升约7米。即便较小的海平面上升，加上台风、风暴潮等极端天气的共同作用，也将给沿海地区带来巨大灾难。 北极的快速变化也能带来新的经济机遇：北极航道通航能力增强，油气、渔业等资源开采的条件将大为改善。然而，对于北极，我们已知的还很少，未知的还太多。未来，对北极变化情况及其生态效应影响还需开展更多的科学研究。在此基础上，各国也应立足长远，为应对气候变化、规范北极治理积极展开磋商和合作。
1982-2007，北冰洋较厚冰层逐渐减少 （图片：wikipedia@National Snow and Ice Data Center）▼
冰盖融化导致极地冷涡南移 在正常年份，北极的海冰面积在3月份时到达最大值16000000平方千米，9月份时经过一整个夏季的融化，到达最小值7000000平方千米。因为海冰的反照率远远大于海水，所以冬季时可以反射而不是吸收更多的太阳能，夏季则相反。数百万平方千米的冰盖与海水之间的切换，对全球气候都能起到影响，对北半球中高纬度的影响尤其明显。 夏季和冬季差异很大，这是一个巨大的调节系统 （参考：NOAA）▼
冰盖减少会造成大气环流的异常，重要表现包括向极温度梯度减弱（因为北极自己的气温上升了），大陆上空纬向西风减弱，西伯利亚高压增强等等，而后者对中国冬季气候来说至关重要。 此外，极地涡旋是影响气候的重要因素，它是大气高层的紧密旋转气流。漩涡可以将极地温度极低且密度较大的空气，一直通向上空的平流层，就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。 它的形成源于地球高低纬度之间的气压差（也就受到温度差的影响）。北极与赤道的温差越大，极地涡旋也就越稳定，越能将冷空气锁定在极地。 一旦极地涡旋偏弱，留出的空间就会被较为温暖的气团北上占据，挤压极地涡旋原本的空间。受到挤压的极地涡旋影响范围就变得不再稳定、规则，北极气团就可能被“挤”到更靠南的地方。 严重时，极地涡旋本身也会发生分裂。正常情况下，北极涡旋会分裂为两个，分别分布在加拿大的巴芬岛和西伯利亚东北部，它们分别控制着西北半球和东北半球的高纬度气流，这种情况也还算稳定。 全球变暖越来越显著，这导致海冰减少，反射减弱，吸收更多太阳热力，海冰进一步减少的恶性循环，所以出现了非常反常识的现象——北极升温幅度接近其他地区平均升温幅度的三倍。 北极比赤道暖化更快也就意味着两者之间的温差正在减弱，大气环流也因此受到影响。继而，它减弱了极地涡旋和西风急流，使西风急流较为波动，有利于北极冷空气南侵。 所以在过去四十年，极地涡旋的偏弱的趋势在逐渐明显，在近年来终于愈发明显地出现分裂。在最严重时分裂为杂乱无章的数个，并南下到北半球中高纬地区，这也就解释了为什么在2010年代，美国东北部的冬季变得更加严酷。 除了极地涡旋减弱的大环境，发生于赤道中东太平洋的拉尼娜事件，对这个尤其寒冷的冬季也起到了推波助澜的作用。 拉尼娜现象源自东南信风吹走了太平洋东部被晒热了的表层海水，导致底部寒冷的海水上翻，赤道太平洋中部和东部海洋表面温度的大尺度降温，并影响热带大气环流，进而影响风和降雨量。它对天气和气候的影响通常与厄尔尼诺现象相反，对中国来说，增加冷冬出现的概率。 北极变暖有那些影响？ 1.对中纬度天气气候的影响 2.加剧水分循环 冰层是全球淡水的重要来源，储存着全球70%以上的淡水，是地球上最大的淡水库。短期内，冰层融化可增加周边河流水资源的供给，通过水分循环使降水增多，缓解干旱地区水资源短缺的状况，改善生态环境，对灌溉农业的发展和缺水地区生物的生存具有积极作用。但从长期来看，冰层融化会造成未来水资源供应不足。 3.改变大洋环流 由于北极冰层融化及降雨量增加等因素，大量淡水汇入北大西洋和北太平洋，影响了北极附近的海水浓度。在过去的几十年里，流向南部的深层海水盐度变得越来越低，原因是北极冰层融化形成了大量淡水，通过海水运动汇入北大西洋，改变了这些海域的海水盐度。 海冰融化不会导致海平面上升，随着北极变暖加速，格陵兰冰盖会进一步融化，如果格陵兰冰盖完全融化，全球海平面将上升约7米，全球上百个海滨城市包括上海和广州将沉入水底。 假如南极冰盖、格陵兰冰盖、陆地冰川等的冰层全部融化，海平面将会上升约66米，绝大部分人口最集中、最繁荣、最发达的沿海城市将被淹没，届时，我国华北大部分（包括北京和天津）、华东部分、珠三角地区，伦敦、美国佛罗里达州、墨西哥湾等大部分区域、东京、京都等大城市都难逃厄运，日本领土会被海水撕裂成十来个小岛，更惨的是拥有1.6亿人口的孟加拉国全国将会沉没。
（图为海平面升高66米后的海陆分布图） 5.对人体健康的影响 北极气温上升正产生蝴蝶效应，使引发病毒和流行病传播的一些因素被激活，病毒危机表现出比以往更复杂的形态。 首先，北极气温升高导致北冰洋冰层和陆上永冻土融化，被困在永冻土下数百万年的远古病毒正“蠢蠢欲动”。 其次，覆盖在北极海洋的冰层不断消融，使得生活在大西洋和太平洋的生物开始融合。在冰层融化前，两大洋的生物被北极厚厚的冰层阻隔，形成了相对独立的基因系统，彼此间都缺乏抵御对方疾病的抗体。而冰川的消失，让这些生活在不同区域，携带不同疾病的海洋生物相遇，不可避免将会导致一些致命疾病的传播。 再次，气候变暖使一些野生动物物种，被迫迁移到以前因过于寒冷而不适宜动物生存的地方。可以想见，世界各地大批候鸟的栖息环境也会因气候变化而变，候鸟的迁徙行为将随之变化，这种变化使得人禽共染病毒有更多的机会得以传播，如多种禽流感。 最后，虽然目前北极地区仍是一片荒凉，深层永冻土层尚可独安一隅，但人类的科研和生产活动已开始在这一区域启动，采矿和钻井作业所需要的挖掘可能让这些古老的冻土层暴露出来，如果那里仍然存在有活力的病毒粒子，将可能带来未知的灾难。
这头冰冻的长毛猛犸象遗体是在俄罗斯西伯利亚永久冻土地带被发现的，距今约有39000年历史 数据显示，在2004年和2009年，病毒感染的几率是其他年份的9.2倍，这与当年海冰的消融有关。海冰消融导致极地动物寻找新的栖息地，随着这些动物的迁移及与其他物种的接触，可能会引入和传播新的传染病。研究人员表示，随着北极海冰的持续消融，病毒跨越北太平洋和北大西洋传播可能会越来越普遍。
法国科学家复活的一种在西伯利亚永久冻土中冷冻了3万多年的巨型无害病毒 科学家还在冰川中发现了古老病毒。1999年，美国科学家在格陵兰岛深达2000米的地下冰芯样品中检测到了“番茄花叶病毒”的影子，由于这种病毒很稳定，它们的基因组在冰层里埋藏了14万年还能被检测到。这也是目前发现的最为古老的病毒基因组痕迹。 西伯利亚永冻层病毒研究成果披露了更多的病毒信息。2014年3月，科学家在俄罗斯的西伯利亚冻土层中发现了迄今世界上最大的巨型病毒，长达1.5微米，可以在光学显微镜下直接观察到，其生存的年代正是史前人类尼安德特人灭绝之时的3万多年前，科学家将其命名为“西伯利亚阔口罐病毒”。 此外，科学家还发现永冻土内的病菌已经开始威胁人类。2016年夏天，西伯利亚亚马尔半岛上的一群驯鹿和游牧民患上一种神秘的疾病。有关“西伯利亚瘟疫”的谣言一度甚嚣尘上。实际上，这种神秘疾病上一次出现在该地区还是1941年。当时一个小男孩和一群驯鹿死亡后被确诊罹患炭疽热。病源是一具解冻的驯鹿尸体，而这头驯鹿死于多年前的炭疽热疫情。因此，科学家认为，是气候变暖促使永冻土层解冻，以致在此地区消失了75年的炭疽杆菌又卷土重来。 医学专家对2016年亚马尔半岛的这次事件进行了追踪调查。虽然目前依然不清楚这种病毒是如何感染当地人的，但大多数专家认为，牛虻可能起到了中介宿主的作用。亚马尔半岛的夏季，是牛虻的繁殖高峰期，当地很多传染病都与牛虻有关。 国际学术期刊《自然通讯》近日发表的一项研究显示，加拿大北极地区的冰川正在以前所未有的速度消融，深藏地下4万年的景观逐渐暴露出来，同时古老的植被和古细菌也得以重见天日。 美国地质勘探局的科学家表示，由于北极海冰融化，北极熊不得不到阿拉斯加北部的陆地上进行繁殖，导致繁殖成功率下降，猎物也相应减少，捕食期越来越短，对北极熊的生存造成影响。此外，北极冰层的融化造成北极狐食物减少、海豹栖息地改变、海鸟养育后代困难、冰藻数量急剧减少等一系列问题，威胁着北极生物的生存。 北极冰层的融化带来的影响绝不仅仅涉及北极地区生物，还关系到人类生存的环境。冰层的融化改变了北极鱼群的生存环境，渔场分布发生变化，将直接影响周边国家渔业发展。此外，随着北极冰层减少，海水里的营养物质含量降低，威胁到以这些营养物质为主要食物来源的海洋鱼类和浮游生物；食物的减少会使一些种群开始萎缩，进而威胁到以鱼类为主要食物的食肉动物的生存；食物链变得日渐脆弱，最终将影响包含人类在内的整个生态系统。 海冰减少还会带来海洋酸化和永冻带污染物大范围扩散等重大环境问题，影响海洋生物可利用的光合作用总量，影响大型哺乳动物的生存环境。
（图片来自网络） 随着北极气候变暖，北半球中纬度地区频频发生极端高温事件，发生森林火灾的风险越来越高。 仅2018年上半年欧洲就发生了450起大规模的森林火灾，且严重森林大火的数量比过去十年多了40%，其中希腊的森林大火是欧洲1900年以来最大的森林火灾。 年2020新年伊始，澳大利亚一场“灾难级”的山火进入了全球视野，整个世界都为之揪心，据统计，有5200万的哺乳动物、6200万的鸟类、3.89亿的爬行动物在这场大火中丧生，1070万公顷的森林和灌木被损毁。大量森林被毁坏，会导致地面反照率下降，吸收更多太阳辐射，还会导致大量的二氧化碳被释放到大气中，进一步加速全球变暖。 北极加速变暖会导致格陵兰冰盖会进一步融化，引起海平面上升，海水会向内陆倒灌使得盐土向内陆扩展导致土地盐渍化和沼泽化，所以靠近沿海地区的种植面积会急剧减少，造成粮食产量下降。 全球气候变暖将使世界主要粮食带向极地扩展，并且扩展的速度是年平均气温每提高1℃，地球中纬度地区的农作物等将向两极推进150公里左右，会使较为寒冷的高纬度地区的农作物生长期延长，产量相应增加。而世界上主要产粮地区是分布在中、低纬度地区，高纬度地区的耕地面积有限，因此高纬度地区所增加的粮食产量远远不能补偿其他地区粮食的减产。 在接近极地和中低纬度高山区域，很多设施比如公路、房屋等都建设在多年冻土之上。据估计，全球大约350万人生活在多年冻土或邻近区域。一旦多年冻土开始部分消融，上层土地开始变得非常不稳定，滑坡等地质灾害必然会加快，破坏建造在其上的设施。图5是加拿大一个小镇上被不稳定的土地破坏的道路。受不稳定的多年冻土影响的区域还有俄罗斯、阿拉斯加、挪威、中国高原区（青藏高原）等等。 图5. 多年冻土融化破坏其上的道路 事物的变化往往具有两面性，北极海冰融化对全球气候、生态等产生消极影响的同时，也产生了一定的积极影响。 北极地区的资源价值将进一步显现。北极海域的冰层融化使北冰洋底的石油、天然气等海洋资源的开采变得可行。北极海域洋底的一半为大陆架，自然地质特征决定了北极海域拥有丰富的石油、天然气及矿物质储量，但是过去北极海域常年冰封，恶劣和艰苦的气候条件使开发这些海洋资源遥不可及。而气候变暖使曾经长期被人忽视的海域，在不久的将来可以变成开发利用的“风水宝地”。 北极航线的经济价值将得以实现。北极航线是指北冰洋上连通太平洋与大西洋的航线，目前包含西北航线和东北航线，前者为绕过加拿大北部的航线，后者为绕过西伯利亚北部的航线。这两条航线更接近球面上两点之间的最短连线（大圆航线），是连接太平洋北部与大西洋北部的最短航线。未来，由西北航线和东北航线形成的新“大西洋-太平洋轴心航线”，将成为北美、北欧和东北亚国家之间最近的海上通道，亚、欧和美洲之间的航线将缩短6000~8000公里。 北极航线通航的重要意义体现在它连接的是世界最为发达的经济区域。世界经济发达国家大多集中在北半球的中高纬度地区，北极航线为这些国家的经济贸易提供了更便捷的通道。北极航线一旦全线开通，必将对世界航运格局产生重大影响。 观测数据、再分析资料和模式模拟均显示全球气温在过去几十年持续升高，北极的升温速率大约是全球平均升温速率的2倍，即北极放大效应（Arctic amplification）。有关北极放大及其驱动机制是目前极地气候学的一个研究热点和前沿，受到了学界广泛关注。目前，学界对北极放大的认知主要局限在过去几十年其在季节、年际上的变化。北极放大在更长时间尺度上是如何变化的？其年代际或多年代际变化特征和驱动机制是什么？自然驱动和人为驱动的相对贡献分别有多少？目前还缺乏相关认知。 过去千年是当前气候变化的背景，包含了气候系统从月到百年的变化周期。因此，从科学意义上来看，过去千年是研究北极放大的理想时间段，不但有助于认识当前北极放大所处的历史背景和地位，还将有助于理解该效应的多年代际变化特征以及厘清在自然变率和人为影响下北极放大的驱动机制。 中国科学院西北生态环境资源研究院、中科院青藏高原研究所、瑞典伦德大学、瑞典哥德堡大学等研究人员，借助能最优融合记录和模式的古气候数据同化方法，通过同化北半球树轮、冰芯、湖泊沉积物等气候代用资料，重建了北半球、过去千年、逐年、2°空间分辨率的年均气温格网化数据。该重建数据和格网化观测数据以及多条基于多源代用资料重建的北半球气温序列之间具有很好的时空一致性。以重建的过去千年北半球气温格网化数据为基础，研究人员进一步重建了世界上首条过去千年北极放大指数序列。 研究表明，不管是多模式模拟结果还是古气候数据同化结果，北极放大指数在过去千年均呈现显著的下降趋势（p < 0.001）（图1）。在千年尺度、多年代际变化上，北极放大和大西洋多年代际涛动（AMO）、温室气体（GHGs）之间具有显著相关性（p < 0.001）且这两个因子能解释北极放大变化的大部分驱动来源（图2）。北极放大变化和其他因子【如太平洋年代际涛动（PDO）、北大西洋涛动（NAO）、厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）、北极海冰范围、太阳活动、火山活动】之间在上述时间尺度上没有显著的相关性。工业时代前，北极放大的多年代际变化主要受AMO主导；在工业时代，北极放大的多年代际变化受GHGs和AMO双重主导，且GHGs浓度升高会显著弱化由AMO所调控的北极放大强度。此外，现有研究所指的北极放大效应，通常是指北极增温幅度大于中低纬度地区。而该研究表明在小冰期（~1550-1850 AD）北极变冷的幅度明显大于中低纬度变冷的幅度，北极放大效应在人类强迫很弱甚至人类强迫几乎可以忽略不记的时期依然表现得很明显。 该研究把当前学界对北极放大效应研究的视野从过去几十年延伸到了过去千年，把对北极放大效应研究的时间尺度从季节、年际扩展到了多年代际，并且从主要受自然因素影响和自然-人为双重因素影响的角度出发，阐明了北极放大在千年尺度、多年代际变化上的驱动机制。 专题练习 2017年2月8日，格陵兰岛北端的气温升至0℃以上，引发世人关注。近30年来，北极地区不仅在变暖，而且变暖速度是全球平均速度的2倍，这种加速变暖现象被称为“北极放大效应”。据此完成1，2题。 1．“北极放大效应”现象的形成机制是 ( ) A．受高气压带控制，晴朗天气多 B．极昼时间长，海水热量收入多 C．海冰消融，海面的反射率下降 D．周边国家的温室气体排放剧增 2．受“北极放大效应”的影响，下列北极地区的现象中，首现日期推迟的是 ( ) A．苔原植物的花期 B．北极鸭的北迁日期 C．入海河流的汛期 D．沿海港口的封冻期 CD 1、根据题干信息“近30年来，北极地区的变暖速度是全球平均速度的2倍，这种加速变暖现象是北极放大效应”，从中可以提取隐性信息：全球都在变暖，但北极地区变暖速度比其它地区速度要快，所以解题关键是”要和其它地区比较，或者是北极地区30年前后比较“。回到选项中，北极地区并不全是受高气压带控制，且北极地区受风带与气压带控制不会是在短短的30年内出现变化，同样的气压带或风带控制，不会出现30年前后不同的变暖速度，A不符合；极昼时间长，海水热量收入多也不会导致30年前后的变暖速度不同，且纬度较低的一些海区其海水热量收入要比北极地区收入还要高，B不符合；周边国家的温室气体排放不会只往北极地区方向流动，且北极地区的风带为极地东风带，所以D也不符合；而由于全球气候变暖，两极地区海冰融化，北极海冰减少后，对太阳辐射的反射率下降，海水吸收的太阳辐射量会增加，会导致北极地区变暖加速，故C正确。2、“北极放大效应”其实就是北极变暖的现象，区域变暖，平均气温上升，植物的花期就提前，不会推迟，A错；变暖后冷的时间减少了，冷的程度降低了，北极鸭北迁返回原地的时间只能提前而不会推迟，B错；变暖周边陆地上的冰原或积雪融期提前、融速加快，入海河流的汛期也不会推迟，C错；北极区域变暖了，平均寒冷期就会减少，所以沿海港口的封冻初始期只会往后推迟，解冻期提前，所以D正确，故本题选D。
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