《科学》杂志发布的一项研究表明，极端寒冷天气事件或可归因于北极变暖。
这些变化可能是导致2021年2月席卷北美（从加拿大到墨西哥北部）的大规模寒潮的原因。
该研究指出，随着全球变暖，寒潮实际上可能变得更加频繁。
2021年2月，正值全球气温快速升高，一场极为严重的寒潮袭击了北美大部分地区，从加拿大到墨西哥北部均受波及。此次寒潮导致1000万人断电。其影响在得克萨斯州尤为严重，仅该州就有125人以上的死亡与此次事件有关。
在美国，这是30多年来最寒冷的二月。此次寒潮成为美国有记录以来代价最高的冬季风暴。
极寒气温与急流向南下挫的急流有关，急流是地球表面上空约八英里处的一股强风带，与冷暖空气的交界相关。
急流自西向东流动，但大气波动的移动方向并不仅限于此。它们还可以在大范围内上下移动，从而将某一地区（如北极）的天气与气候与其他地区（如得克萨斯州）联系起来。
当你向池塘里扔一块石头，你会看到涟漪（即波浪）从最初的扰动处向外扩散。虽然池塘中的涟漪与急流中的下挫属于不同类型的波，但这两类波都能将扰动的影响传递到遥远的地区。
在此情况下，大气波动将北极地区气候变化的影响传递到了北美和亚洲的部分地区。
在一项2021年9月2日发布的研究，发表于期刊《科学》，我们揭示了这一过程是如何发生的，以及与人们的预期相反，像2月寒潮这样的事件实际上可能因全球变暖而变得更有可能发生。
北极发生的事情并不会局限于北极
北极的变暖速度快于其他任何地区，其速率是全球平均水平的两倍多。
这正在导致该地区气候发生重大变化，包括海冰融化，以及在深秋时节西伯利亚上空积雪覆盖范围的增加。
冰和雪起到隔热层的作用，且反射率很高，因此它们的变化会强烈改变地表与大气之间能量和水汽的交换量。大气对能量和水汽的变化十分敏感，因此大幅变化会对大气施加一种“推力”，使向上运动的波动从该区域向外扩散。
这些波动向上进入平流层，并扰乱了平流层极地涡旋，后者是另一条快速气流带，在约18英里高的平流层中层围绕极地运行，且更靠近极地。作为响应，涡旋减弱并被拉伸。
平流层涡旋不仅会被波动改变，涡旋本身也会改变波动的传播方式，因为这些波动会受其所经过的风场和温度场影响，而涡旋在很大程度上决定了这些风和温度。涡旋拉伸事件与更大规模的涡旋扰动的区别在于，向上运动的波动会被反射回地面，并在那里影响较低高度的天气模式。
当这些向下运动的波动在北美上空较低高度汇聚时，它们会使急流向南下挫，将冷空气带到比往常更靠南的地区。因此，大气波动在长距离上的上下运动（如同池塘上移动的涟漪）可以将北极与其他地区联系起来。
检验因果关系
我们采用了两种不同的方法来识别和检验这些关系。
首先，我们使用了机器学习，这是一种让计算机基本上自行训练、从历史数据中将相似事件归类的技术。随后，我们分析了拉伸涡旋事件，结果表明，在这些情况下存在一个典型的事件序列：先是北极地表温度变化，接着是平流层极地涡旋发生变化，随后是北美和亚洲出现寒潮，并且在数月的时间跨度内，垂直运动的波动起到了连接作用。所识别出的北极地表温度变化，与北极气候变化中海冰融化和西伯利亚积雪增加所关联的变化相似。
随后，我们使用大气计算机模型来评估因果关系，并直接检验大气如何响应这些北极变化。我们发现，该模型再现了观测到的事件序列。
对观测数据的机器学习分析与计算机模拟实验提供了两条相互独立的证据，共同支持一条影响路径：从地表的北极气候变化，到平流层风场的变化，最终再回到北美和亚洲部分地区的寒潮。
这些结果的启示
我们的研究印证了气候变化的两条关键教训：第一，变化不必发生在你家后院，也会对你产生重大影响。第二，意料之外的后果可能相当严重。
在此案例中，北极的重大变化不仅是局部问题，还对北美和亚洲部分地区产生广泛影响。而且，这些影响并不总是人们所预期的。研究结果进一步说明，有必要迅速减少推动全球变暖的温室气体排放，同时也需要制定更好的策略，以应对极端高温和极端严寒等极端天气事件。
