前陣子的新聞都在報導極地渦旋（polar vortex）侵襲北半球，歐洲北美和亞洲許多地方都在強烈冷氣團的籠罩下😰 報導的內容大部分是解釋由於平流層驟暖（sudden stratospheric warming）、渦旋減弱，結果極區冷空氣侵襲南方（如右下圖），這樣的氣流與氣壓的變動關係又稱為北極振盪（Arctic Oscillation）。
來源：https://www.noaa.gov/multimedia/infographic/science-behind-polar-vortex-you-might-want-to-put-on-sweater
那究竟什麼是極地渦旋？不是說全球暖化嗎？怎麼還這麼冷呢？
- 三胞環流
要了解極地上方的冷氣，我們就必須先從大氣環流開始說起，赤道區域長年受到太陽輻射加熱而極區接受到的輻射能量較少，以我們所居住的北半球來說從南到北形成了溫度梯度，這種感覺不用說是赤道北極，就連往來台北高雄都應該會有不知道要穿幾件衣服的感觸。我們從小就學過因為密度大小不同所以暖空氣上升、冷空氣下降，所以從長時間的平均狀態來看，從赤道到北極可以形成三個環流圈圈（下圖），也就是所謂的三胞環流。在極區內環境比較冷，所以冷空氣自然而然就下降，而且在近地表輻合形成高壓（空氣密度高=>壓力大），而高空空氣密度低就成為低氣壓，我們聽到的極地渦旋就是這個位於極區上方平流層中的超大一團低氣壓冷空氣，受到科氏力影響而呈逆時鐘旋轉。
來源：https://www.s-cool.co.uk/a-level/geography/introduction-to-weather-and-climate/revise-it/atmospheric-circulation-and-motion
- 高空噴流
在極區和中緯度的交界處有很大的南北溫度差，這樣的溫度差在近地面會形成極鋒（polar front），在高空處則會產生由西向東的極鋒噴流（polar jet），如果想知道更詳細的成因請去路上攔截一位大氣系學生讓他推導大氣動力學之熱力風平衡（thermal wind balance）公式，這一條高空噴流（jet stream；如下圖）的速度通常在時速100-200公里，當然偶爾會更快，噴流除了可以將極區冷空氣鎖在極區上方之外，也會引導一些天氣系統，像是氣旋的行進方向，對於天氣變化有很重要的影響。
來源：https://scijinks.gov/jet-stream/
- 平流層驟暖
經過上述的過程，我們現在有了一個在極區的冷冷的平流層低氣壓和一個噴流，在正常的冬天，高空噴流會將冷空氣鎖在極區，所以冷氣會穩定地待在極區。但是，問題就在有時候冷空氣會大量跑出來，這時候就要來介紹許多新聞都在說的平流層驟暖。
驟暖的機制很複雜，這邊介紹一個造成驟暖基本的理論，許多大氣現象可以用大大小小長長短短的波動來形容，其中一種行星尺度的波（planetary wave；波長約從數千到上萬公里）稱為：羅士比波（Rossby wave），羅士比波是由超大尺度的擾動（譬如海陸溫差）所產生，羅士比波平常一直存在大氣波動中，只有這種超大具有很強能量的波可以在某些時候傳播到極區上空、擾亂平流層渦旋，甚至讓渦旋反向（順時鐘）旋轉。
被擾亂的渦旋強度減弱，渦旋逆時鐘旋轉而造成的上升氣流也會減弱，此時高層冷空氣下沉、在下沉過程中絕熱升溫，這個升溫的結果就造成原本的南北溫度差異減弱（北邊不這麼冷了），而由溫度差所形成的噴流也會因此而減弱，減弱後的噴流變得很不穩定、變成波浪狀，也不再有這麼強大的能力鎖住極區冷空氣，冷空氣因此開始外散到更南邊的地方，同時波浪形狀的噴流在南向的路途中也幫冷空氣的南移推了一把，這些從冰天雪地來的冷空氣就此冰凍了北半球。
來源：https://www.metoffice.gov.uk/weather/learn-about/weather/types-of-weather/wind/sudden-stratospheric-warming
後記
在寫作的過程中，發現有很多理論並不是很直白或容易理解，所以選擇了比較易懂的寫法來解釋，歡迎各路朋友專家們提供建議及想法🙋
參考與延伸資料：
Sudden Stratospheric Warming (Met Office)
How sudden stratospheric warming affects the whole atmosphere (EOS)
Arctic Oscillation (Wikipedia)
Extreme winter weather hits USA, Europe (WMO)
Jet stream (National Geographic)
On the sudden stratospheric warming and polar vortex of early 2021 (NOAA)