Den högsta temperaturen som någonsin registrerats på jorden – 54,4 grader Celsius (130 grader Fahrenheit) i Death Valley, Kalifornien, den 9 juli, 2021 – kommer bara månader efter att rekordlåga temperaturer registrerades i Asien och USA. I svällande värme, resultaten av en snabbt värmande jord är tydliga. I en snöstorm, det kan vara svårare att förstå hur den globala uppvärmningen kan orsaka en sådan iskall kyla. En internationell forskargrupp undersökte tre extrema händelser från den gångna vintern för att klargöra mekanismerna bakom sådana svängningar i temperatur och väder.

De publicerade sina resultat den 9 augusti i Framsteg inom atmosfärsvetenskap .

"Det övergripande problemet att lösa är varför extrema väderhändelser har inträffat oftare i ett värmande klimat under de senaste decennierna och om den arktiska uppvärmningsförstärkningen spelar en ledande drivande roll, " sa första författaren Xiangdong Zhang, professor i klimat- och atmosfärsvetenskap vid University of Alaska Fairbanks. "De extrema händelserna under vintern 2020-21 ger en unik möjlighet att undersöka vilka fysiska processer eller mekanismer som driver dessa händelser."

Forskarna undersökte två rekordsättande kallluftsutbrott i Kina från slutet av december 2020 till mitten av januari 2021, under vilka både Peking och Tiajin upplevde sina lägsta temperaturer på 54 år (-19,7°C (-3,46°F) och -19,9°C (-3,82°F), respektive). De övervägde också den historiska kylan som drabbade Nordamerikas mellanväster och djupa söder i februari 2021, resulterade i de kallaste registrerade temperaturerna på nästan ett sekel i Texas (-13,3°C (8°F) och -8,3°C (17°F) i Austin och Houston, respektive).

Att jämföra vintern 2020–21 med de senaste 42 vintrarna, forskare använde tillgängliga observationsdata och simulerade modeller för att analysera hur havs- och atmosfäriska händelser kan ligga till grund för extremt väder." sådana extrema väderhändelser som vi undersöker är intermittenta – de inträffar inte varje år, " sa medförfattaren James Overland, forskningsoceanograf vid National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Pacific Marine Environmental Laboratory i USA "Detta beror på att de orsakas av en kombination av ny global uppvärmning och extrem, men naturligt förekommande, föregångare väderförhållanden i jetströmmen och polarvirveln."

Den polära virveln — lågtryck, kall luft i atmosfären centrerad över jordens poler – gör att svalare temperaturer faller över norra halvklotet under vintern med hjälp av jordens jetström, som omfattar luftströmmar från väst till öst. Plötsliga temperaturökningar i ett övre skikt av atmosfären, kallas plötslig stratosfärisk uppvärmning, kan drastiskt förändra hur den polära virveln och jetströmmen beter sig och interagerar, enligt Zhang. Det resulterande vädret kan bli ännu mer extremt när det kompliceras av föränderliga havstemperaturer och ishavet i Arktis.

"Den samtidiga förekomsten av onormala havstermiska förhållanden i tre havsbassänger och samspelet mellan atmosfärisk dynamik drev på halvklotskala, systematiska förändringar i den atmosfäriska cirkulationen, eller vädermönster, till ett extremt anomalt tillstånd, "

Även om alla tre händelserna var kopplade till en plötslig stratosfärisk uppvärmning, nedströmseffekterna var olika i var och en. I det första evenemanget i Östasien, kall polär luft modulerade jetströmmen på medellatitud för att styra kall luft söderut; i den andra händelsen, polarvirveln splittrades, fördjupa ett område med lågt tryck och cirkulera med kallare arktisk luft; och i Nordamerika-evenemanget, polarvirveln delades också, men i detta fall drev den lägre atmosfären att bosätta sig djupare över söder, applicera tryck på intensivt kall luft.

"När man tillskriver de faktorer som är ansvariga för en extrem händelse, vi borde ha en bred synvinkel för att fånga helheten, " sa medförfattaren Timo Vihma, forskningsprofessor vid Meteorologiska institutet i Finland. "Det kan bestå av komplexa interaktioner av flera faktorer som verkar långt ifrån varandra i den halvsfäriska skalan. "

Medförfattare Annette Rinke, senior forskare vid Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research i Tyskland, förklarade vidare att extrema vintervädershändelser ofta drivs av "avlägsna" faktorer.

"Studien visar att anomalier i havstemperaturer förutom den storskaliga atmosfäriska cirkulationen kan spela en nyckelroll i extrema väderhändelser, sa Rinke.

Forskarna planerar att fortsätta undersöka hur atmosfäriska händelser kan förebygga och påverka extremt väder.

"Inom kalla luftaktiviteter, moln och nederbörd, och deras tillhörande latenta värme, kan ändras, men det saknas observationer för detta, " sa medförfattaren Yunfei Fu, professor vid School of Earth and Space Science, University of Science and Technology i Kina. "Satellit fjärranalys kan hjälpa till med detta, inklusive validering av modellsimuleringar, som kan hjälpa till att förutsäga hur prekursorhändelser kan påverka sådana saker som monsunsäsongen i Östasien."

"Genom att studera dessa rekordstora köldperioder, vi kan se den "stora bilden" av extrema väderhändelser." sa medförfattare, Zhe Han, forskare vid Institute of Atmospheric Physics, kinesiska vetenskapsakademin. "Även om händelserna kan vara olika, de kan dela liknande underliggande mekanismer, som är relaterat till den globala uppvärmningen. Tillsammans med uppvärmningen, den arktiska förstärkningen och intensifierade havstermiska anomalier kan interagera med atmosfärens cirkulation, såsom polarvirveln och plötslig stratosfärisk uppvärmning, för att orsaka uppkomsten av extrem kyla eller varma händelser."