冬季天氣與極地渦旋和北極濤動的關係

陳敏儀、謝威寶

2025年6月

極地渦旋

極地渦旋在大氣科學中一般指平流層的極地渦旋。它與較多人認識的對流層極地急流有所不同 ^{[1], [2], [3]}。

平流層極地渦旋位於極地上空約15至50公里，是非常大的行星尺度渦旋。它在秋季至春季因極地和中緯度間的溫度梯度而出現。這極地渦旋在北半球和南半球都有。平流層極地渦旋可以透過平流層與對流層的相互作用，影響地面的天氣系統。當平流層極地渦旋較強而穩定時，極冷的空氣一般侷限於極地區域。當極地渦旋減弱或移位時，極地表面的冷空氣較易向南溢出，並影響中緯度地區。

圖一平流層極地渦旋及對流層極地急流。

北極濤動

北極濤動，又稱北半球環狀模態，它反映北極與北半球中緯度地區之間的海平面氣壓波動^{[4], [5]}。北極濤動有兩個位相。正位相時，北極地區氣壓普遍較正常低，中緯度地區氣壓普遍較正常高。對流層的極地急流通常向北移。此外，強平流層北極極地渦旋通常與北極濤動的正位相相關。這個時候，極冷氣團的向南擴散大多受侷限，中緯度地區會經歷較溫和的冬季。

而北極濤動負位相時，北極地區氣壓較正常高，中緯度地區氣壓則較正常低。極地急流通常波動較大，且向南移。北極上空的平流層極地渦旋減弱或移位通常與北極濤動的負位相有關。當北極濤動處於負位相時，冬季冷空氣爆發更容易影響北半球中緯度區域，並可能為受影響地區帶來嚴寒天氣。

圖二北極濤動指數。數據來源：NOAA

北極濤動與香港冬季溫度的關係

有研究指出北極濤動的正位相與較弱的東亞冬季季候風有關，而在北極濤動負位相期間，東亞的寒潮一般更強烈。然而，由於華南位於亞洲大陸的東南端，北極濤動對華南冬季氣溫的影響不一定這麼直接^[6]。寒潮是否會影響華南，很大程度上取決於冷空氣爆發的地點（即出現於哪個大陸)、冷空氣的移動路徑以及沿途的天氣條件。以香港為例，過去統計數據顯示香港月平均氣溫與北極濤動指數之間的相關性並不顯著。此外，如果考慮1950年以來，12月至3月期間北極濤動指數達到-3或以下的事件及隨後7天香港的最低氣溫，只有7%的事件為本港帶來非常寒冷的天氣（日最低氣溫在7℃或以下），而超過45%的事件隨後並未出現寒冷天氣，這顯示北極濤動的強負位相並不意味著香港會出現嚴寒天氣。

參考資料：

[1] Darryn W. Waugh, Adam H. Sobel, and Lorenzo M. Polvani (2017). What Is the Polar Vortex and How Does It Influence Weather?. Bulletin of the American Meteorological Society, 98(1), 37-44. （只有英文版）
[2] Gloria L. Manney, et. al. (2022). What's in a Name? On the Use and Significance of the Term “Polar Vortex”. Geophysical Research Letters, 49(10). （只有英文版）
[3] NOAA Climate.gov. Welcome to the Polar Vortex Blog! （只有英文版）
[4] 香港天文台 - 北極濤動 AO.
[5] NOAA Climate.gov. Climate Variability: Arctic Oscillation.（只有英文版）
[6] 龔道溢，王紹武，2003: 近百年北極濤動對中國冬季氣候的影響，地理學報，58(4)，559-568。