地球熱量的主要來源：太陽輻射

地球溫度的變化主要受到太陽輻射的影響。在地球上，隨着緯度的增加，太陽直射角減小，地面接收到的太陽輻射也逐漸減弱。因此，從赤道到兩極，溫度逐漸降低。尤其是在冬季，太陽直射點位於南半球，北極地區出現極夜現象，氣溫通常低於零下20℃。

北半球冬季，太陽直射點位於南半球，北極地區出現極夜（圖片來源：ThingLink）

如果僅考慮太陽輻射的因素，北極圈內的溫度理應是北半球冬季全球最低的。然而，現實遠比簡單的單一因素影響要複雜得多：地理環境、大氣環流和氣候變化等多重因素共同作用，最終決定了地球地表溫度的分佈。

地理因素：內陸高原的“冷庫效應”

在地球上，陸地被廣闊的海洋所環繞，海洋和陸地的熱力性質差異是影響氣溫變化的關鍵因素之一。陸地的比熱容比海洋要小得多，這意味着陸地的溫度變化比海洋更爲劇烈。簡單來說，陸地升溫更快，降溫也更迅速，尤其是在冬季，陸地的降溫速度比海洋更爲顯著，導致一些內陸地區的氣溫比海洋地區更低。

海陸熱力差異導致海陸風的形成（圖片來源：Britannica）

以北歐爲例，儘管瑞典和挪威位於較高緯度，但它們的西部臨近挪威海和北海，且受到北大西洋暖流的調節作用，因此這些國家的冬季氣溫相較於同緯度的內陸地區（如北京）要溫暖得多。而位於內陸的山西大同則完全不同，它坐落在黃土高原上，遠離海洋，氣溫更容易出現劇烈的變化，特別是冬季，冷空氣侵襲導致氣溫驟降的影響更爲顯著。

1月世界平均氣溫分佈圖

我國北方內陸地區溫度明顯低於全球其他同緯度地區

（圖片來源：中學地理教材）

此外，大同的地理特點也加劇了這種降溫效應。大同位於海拔約1000米的高原盆地，這種高緯度、高海拔的內陸盆地地形，使其成爲冷空氣的天然“蓄水池”。每年冬季，西伯利亞高壓帶來的乾冷空氣長驅直入，並在盆地內滯留堆積。由於盆地的封閉性，冷空氣容易在低窪地帶積聚，造成地面氣溫劇烈下降。近地面比上層溫度還低的逆溫現象抑制了空氣對流，因此天氣多晴冷無雲。晚上，地面還會向外發射長波輻射，同時缺少了雲層的“保溫”作用，導致熱量大量損失，進一步加劇了寒冷天氣的持續。

山西地形高度示意圖（圖片來源：http://www.ditu114.com/ditu/301.html）

極渦分裂：冷空氣南下的“遙控器”

除了地理因素之外，此次大同遭遇極端低溫天氣還與極渦分裂現象有關。

極地渦旋（簡稱爲極渦）是位於極地上空的低壓系統，它通過逆時針旋轉的氣流將冷空氣“困”在極區，阻止其向南擴展。但當極渦發生分裂時，冷空氣就能突破束縛，向南蔓延，侵襲中緯度地區。這一過程涉及到大氣中的溫度梯度和風場變化，通常發生在暖氣團與冷空氣的交互作用下。簡單來說，當暖空氣向北移動時，它能夠將冷空氣從極圈“擠”出去，形成大規模的寒潮事件，帶來極端低溫和惡劣天氣。

2018年2月一次極渦分裂事件示意圖。填色爲10hPa高度上的位勢高度，顏色由藍到黃表示氣柱高度從低到高，反映氣溫從冷到暖。

（圖片來源：參考資料[3]）

極渦分裂引發的寒潮，尤其在北半球，往往具有極端性。例如2021年1月的極渦分裂引發了一次廣泛的寒潮事件，影響了北美、歐洲和亞洲的大部分地區。特別是美國的德克薩斯州，經歷了自1989年以來最嚴重的寒潮事件，氣溫降至零下18°C以下，導致大規模電力中斷、交通癱瘓。而當冷空氣從極區南下時，北極點反而因極渦分裂南下而短暫升溫，出現“此消彼長”的溫差現象。這也是爲什麼大同的溫度會低於北極點的一個重要原因。

在2月6日前不久，大量暖空氣從西西伯利亞進入北極，把極渦“擠”了下來，使得極渦內的冷空氣開始“暴走”南下，導致了中緯度地區的極端低溫。從2月6日凌晨開始，我國東部地區經歷了強烈的寒潮大風事件，氣溫驟降至冬季最低點。特別是在上海，2月8日的徐家彙氣象臺溫度一度暴跌至零下4.2°C，創下近35年來2月的最低氣溫。此次寒潮不僅影響了上海，還波及了整個東部沿海地區，包括山西大同，進一步加劇了當地的低溫天氣。

氣候變化：北極變暖的“蝴蝶效應”

在近期國內出現的極端寒潮事件中，全球氣候變暖的影響也不容忽視。隨着全球氣溫的持續升高，氣候變化對極端天氣氣候事件的影響愈加深遠。2025年1月10日，世界氣象組織已確認2024年爲有記錄以來最暖的年份，比工業化前的水平高出了約1.55°C。尤其是北極地區，溫度升高的幅度遠超其他地區，這一現象被稱爲“北極放大效應”。

2024年全球地表溫度相較於1951年至1980年平均溫度（基準溫度）的偏差。紅色表示高於基準溫度，藍色表示低於基準溫度。

（圖片來源：NASA）

“北極放大效應”導致南北溫差逐漸減小，進而影響了全球大氣環流模式。中緯度地區高空的西風帶，是在北極極渦外環繞全球一週的強大氣流，它是由上升的赤道暖空氣在向兩極運動過程中受地球自轉影響而偏轉形成。

西風帶就像是地球大氣環流中的一根“皮筋兒”，其鬆緊程度取決於赤道和極地之間的溫度差。當溫差較大時，西風帶流動較強，冷空氣被束縛在極地。而隨着全球變暖，南北溫差減小，西風帶環流變弱，這根“皮筋兒”變鬆了。當暖空氣北上或極渦分裂南下時，冷暖空氣的南北交匯現象會變得更加劇烈。西風帶上大尺度波動的增強，會使中緯度地區的天氣過程變得更加極端，並且持續時間更長。

強西風帶（左圖）與西風帶波動時（右圖）對冷空氣約束情況的差異（圖片來源：NOAA）

結語

回顧2021年1月，大同曾創下零下32°C的歷史極值，當時的寒潮與今年的極端低溫現象極爲相似。極渦分裂、西風帶的強烈西北風和氣候變化的疊加效應，已使這種極寒事件越來越頻繁。隨着氣候系統的變化，我們對“正常氣候”的認知也面臨着挑戰。

2025年大同的極寒並非偶然事件，而是全球氣候系統不穩定的一個縮影。正如2022年格陵蘭冰蓋單日融化60億噸，或2024年北極圈內32°C高溫的異常，這些極端天氣事件正向我們發出警告：氣候系統的平衡正在被打破。北極放大效應與極渦的不穩定性已成爲新常態。現在至未來的每一次寒潮，都可能是自然規律與人類活動的雙重敘事。而應對氣候變化，或許比抵禦嚴寒更迫在眉睫。

參考資料：

[1] 朱乾根. 天氣學原理和方法[M]. 氣象出版社, 2007.

[2] 王遵婭, 丁一匯. 近 53 年中國寒潮的變化特徵及其可能原因[J]. 大氣科學: 2006(06): 1068-1076.

[3] Wang et al. 2019. Winter 2018 major sudden stratospheric warming impact on midlatitude mesosphere from microwave radiometer measurements. Atmospheric Chemistry and Physics 19(15):10303-10317.

[4] https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2025/2/383189.shtm

[5] https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309405131208425341311

[6] https://www.nasachina.cn/news/33016.html

[7] https://www.nbd.com.cn/articles/2021-02-20/1631886.html

作者：陳可鑫

單位：集美大學