极地涡旋
极地涡旋（polarvortex）简称极涡，是极地高空冷性大型涡旋系统，是极区大气环流的组成部分。其位置、强度以及移动不仅对极区，而且对高纬地区的天气都有明显影响。
极地涡旋示意图
极地涡旋
地球有两个极地涡旋结构，分别位于南极与北极的上空，深度跨越地球的对流层和平流层。这种涡旋结构在冬季达到最大的强度，从而让西向盛行风来势凶猛。在北极地区，这一巨大极地涡旋的中心位置位于俄罗斯西伯利亚东北部地区以及加拿大海岸外巴芬岛上空。
加拿大的巴芬岛和俄罗斯的东北部
极地是地球的冷极，也是大气的冷源，因而在极地低空形成冷性高压，在极地上空则形成冷性低压。南极极地涡旋比北极极地涡旋更为显著，持续时间也更长，更为稳定。
南极地区涡旋检测图
与台风或者水面上漩涡的形态类似，从上空俯瞰，极涡也是一个逆时针旋转的涡旋。它的外围是速度很快的西风气流，在最为理想的情况下，北极涡旋稳定在北极地区，这里的极寒空气也被锁定在涡旋当中，就像下图这样。
图：NOAA-美国国家海洋和大气管理局
当北极涡旋够强，能够稳定待在北极时，北半球中纬度地区也基本不会遭受强冷空气的侵袭。但一旦北极涡旋减弱，西风带上出现大的起伏波动，暖空气就会趁机北上抢占极地，极涡一方面可能会分裂出若干个冷中心，另一方面也不得不被迫南下寻找出路，这一来也顺便把极寒的冷空气带给了中纬度地区，寒潮天气随之到来。
图:NOAA-美国国家海洋和大气管理局
2019年1月28日，一场寒流为美国西部以及东北部各州带来了大幅降温和降雪。根据美国气象部门检测，在中西部明尼苏达州和南达科塔州等部分地区达到零下45摄氏度，而在29日和31日之间，芝加哥遭遇零下44摄氏度的低温。
nasa发布“极地涡旋”影响下的美国红外热成像卫星影像
2021年10月中旬末，强烈的阻塞高压在加拿大北部、格陵兰一带发展，大量暖空气突入北极，迫使北极涡旋分裂，并南下阿拉斯加、白令海，阿留申群岛附近强风暴不断。
10月20日北美形势，来自tropicaltidibits
北极涛动
北极涛动，指北半球中纬度地区（约北纬45度）与北极地区气压形势差别的变化。它是一个代表北极地区大气环流的重要气候指数，可分为正位相和负位相。
北极通常受低气压系统支配，而高气压系统则位于中纬度地区。当北极涛动处于正位相时，这些系统的气压差较正常强，限制了极区冷空气向南扩展；当北极涛动处于负位相时，这些系统的气压差较正常弱，冷空气较易向南侵袭。
北极涛动 - 影响气候
中国国家气候中心专家认为，美国东部和中国东北、华北地区均处于大洋西岸。冬季气团主要从西北向东南穿越北美洲和亚洲。极地气团南下到大陆上空，当气团经过海面时，温度极低的空气与相对温暖的水面接触，气团下部温度升高，水汽进入气团。寒冷、密度较大的冷气团下沉，使暖空气上升，温度降低，水汽凝结，空气不太稳定，云层不断加厚，产生降水。由于下层空气温度很低，当冷空气逐渐向前推移，上升气流减弱，云中水汽直接在冰晶上凝结成较大的形态，由此，水汽以雪的形式降落下来。
同时，中国国家气候中心专家认为，相比北美和亚洲的寒潮暴雪天气不同，欧洲的暴风雪形成的原因在于大西洋中的一股暖流，即北大西洋暖流。其对整个欧洲特别是北欧、西欧的影响很大，这股海洋暖流使得其上面的空气保持暖湿状态。欧洲处于高空冷涡的控制下，来自大西洋的西南暖湿气流进入高空冷涡后上升凝结产生降雪。由于高空冷涡上升运动强，极地冷空气南下与当地强盛的暖湿气流大范围汇合会导致大范围降雪。
试题链接
1. 极地涡旋（简称“极涡”）是指通常盘踞在基地高空的冷性大型涡旋，其位置、强度、移动对极地及高纬地区的天气影响明显。2015年12月底，一个位于冰岛的强大风暴将北大西洋热量带向北极，迫使北极“极涡”离开极地，携带冷空气南下，造成我国大部分地区2016年1月下旬爆发极其罕见的超强寒潮。下图是2016年1月23日北极“极涡”位置示意图。据此完成下面小题。
（1）极地涡旋的形成原因是（ ）
A. 冷锋附近，气流上升
B. 海域广阔，气流上升
C. 空气聚积，气流下沉
D. 地球冷极，气流下沉
（2）图示时刻，甲地高空的风向是（ ）
A. 东北风 B. 东南风
C. 西北风 D. 西南风
（3）此次“极涡”南下（ ）
A. 说明了全球气候变暖减缓
B. 造成华南地区的极端天气
C. 扩大了北半球寒带的范围
D. 对我国生态环境的破坏严重
【答案】
1. D 2. D 3. B
【解析】
（1）根据题目内容“盘踞在极地高空的多冷性大型涡流”，所以关键词是“极地高空”。由于近地面气候寒冷，空气下沉，近地面形成高压，对于高空因为气流下沉，所以在“极地的高空”形成一个相对的低压，为极地“涡旋”，故该题选D。
（2）根据高空风向的受力分析：高空，受地转偏向力和水平气压梯度力影响由高压指向低压，且平行于等压线，根据甲地等压线的分布和北半球地转偏向力的方向，甲风向为西南风，故该题选D。
（3）根据题意，极地涡旋形成寒潮，冷空气南下，使得北半球大部分气温下降，华南地区很少出现寒潮天气，也出现了寒潮；寒带是由于黄赤交角的存在而产生的，不是一次极端天气形成的，故C错误；极端天气的出现在于全球气候变暖而导致的，不能说明全球气候变暖趋势减缓，故A错误；“极涡”南下导致我国出现大面积寒冷天气，但不至于导致生态环境破坏严重，故D错误，所以该题选B。
2. 阅读图文材料，完成下列要求。
2021年2月，美国遭遇破纪录的极寒天气，美国大陆地区超过73%的土地被雪覆盖，至少有20个城市打破了历史最低气温纪录，这次北美降温和极地涡旋有关。极地涡旋是指地球极地上空的气旋，极地涡旋将温度极低、密度较大的空气，一直通向平流层，高空温带西风急流圈就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气，把冷空气限制在北极地区。研究表明：两极和赤道之间的温差越大，极地涡旋越强，越稳定；而极地涡旋变弱时，会被暖气团挤占，被挤往极地之外。近几年来，极地涡旋多次被挤南下。
下列图甲为“稳定的极地涡旋”示意图，图乙为“不稳定的极地涡旋”示意图，图丙为2021年2月“北美高空的100百帕等压面的等高线分布和温带急流”示意图。
（1）相对于北极的极地涡旋而言，分析南极的极地涡旋比较稳定的原因。
（2）描述不稳定的极地涡旋影响美国境内大部分地区的过程。
（3）结合图丙，推测描述此时美国西北部与加拿大西南部地区天气状况。
（4）从极地涡旋稳定性角度，分析近年来北半球的北欧、俄罗斯、加拿大、美国多次出现极寒天气的成因。
【答案】
（1）南极以高原为主，极夜日数较多，气温更低，与赤道的温差较大；南极大陆附近海洋占比较大，性质单一，干扰因素较少，涡旋更强更稳定。（或北极温度较高，与赤道的温差较小；北极附近陆地占比较大，干扰因素较多，涡流相对较弱且不稳定）
（2）赤道和极地之间的温差变小，极地涡旋变弱；暖（亚热带）气团北上，挤占极地涡旋的空间，使之向南移动；美国东西部海拔高，中部低，冷空气迅速向南扩展。
（3）大幅度降温天气，伴随着暴雪和大风天气。
（4）全球变暖，导致北极海冰融化，冰层反射减弱，海水吸收了更多太阳辐射，海冰进一步减少，进而形成了恶性循环；北极升温幅度高于其它地区，北极与赤道地区的温差减少，极地涡旋变弱，且更不稳定；涡旋被暖气团挤压，冷空气南下影响附近各国概率增多。
【解析】
本题以极地涡旋为背景，考查了极地涡旋的形成过程及造成的影响。
（1）根据材料“两极和赤道之间的温差越大，极地涡旋越强，越稳定”可知，因为南极大陆与北极相比较，南极大陆以冰雪高原为主，极夜日数较多，接受太阳辐射较少，温度更低，与赤道的温差也更大，因此南极大陆极地涡旋更稳定；由“极地涡旋变弱时，会被暖气团挤占，被挤往极地之外”可知，极地涡旋会受到暖气团等因素的干扰，南极大陆周围被海洋包围，物质性质较为单一，受暖气团干扰较小，所以南极大陆极地涡旋更强，更稳定。
（2）结合材料分析，“两极和赤道之间的温差越大，极地涡旋越强，越稳定；而极地涡旋时，会被暖气团挤占，被挤往极地之外”，由材料可知，极地涡旋影响美国境内大部分地区首先是赤道和北极之间温差变小，极地涡旋变弱，不稳定；由图乙可知，暖气团北上，挤占极地涡旋的空间，使其向南移动；美国东西部海拔高，中部地形平坦开阔，冷空气迅速向南扩展，影响美国境内大部分地区。
（3）结合图示信息及材料信息可知，暖气团北上，挤占极地涡旋的空间，使其向南移动；美国、加拿大东西部海拔高，中部地形平坦开阔，冷空气迅速向南扩展，受冷空气影响，美国西北部与加拿大西南部地区会出现大幅度降温天气，可能伴随着暴风雪天气。
（4）根据材料“两级和赤道之间的温差越大，极地涡旋越强，越稳定”可知，极地涡旋的稳定性取决于赤道和极地之间的温差；目前全球变暖的趋势越来越显著，导致北极海冰融化；冰层反射的多太阳辐射减少，使海水吸收的太阳辐射增多，温度升高；温度升高进一步加剧了海冰融化，进而导致北极升温幅度高于其他地区，北极与赤道之间的温差减小，极地涡旋减弱，变得不稳定；极地涡旋受暖气团挤压，冷空气频繁南下影响极地周围的北欧、俄罗斯、加拿大、美国等国家，使这些国家出现极寒天气概率增多。
3. 阅读下列图文资料，回答问题。
有专家认为欧亚各地频发的极寒天气与“北极涛动”有关。北极涛动（AO）是指北半球热带以外地区海平面气压数理分析的一种大气运动分析模型。在这种分析模型中，AO为正异常时，中纬度气压上升而极地气压下降，限制了冷空气向南发展：AO为负异常时，大气环流形势相反，冷空气较易向南发展。一般来说AO异常会持续整个冬春季节。
（1）2012年1月中旬开始，欧亚各地频发极寒天气，分析欧亚极寒天气的出现与北极涛动的关系。
（2）欧亚极寒天气不仅干扰人们的生活，也影响这些地区产业活动。分析极寒天气对欧洲第一产业和第三产业带来的不利影响。
（3）极地冷空气有三条南下扩散路径。一条沿大西洋东岸到欧洲地区，一条到亚洲地区，一条到北美地区。分析北美地形对极地冷空气扩散南下的影响。
（4）概述图2地区地形、地势特点。
（5）说明R地在2011年11月-2012年3月期间气候异常情况，结合AO、大气运动和地形等因素分析其气温和降水变化的主要原因。
【答案】
（1）AO为负异常。中纬度气压下降，北极地区气压上升，冷空气较容易向南发展。
（2）对第一产业：低温冻害危害农业生产，使种植业减产、畜牧业受损；对第三产业：影响交通的正常运行、影响旅游等服务性行业的经济效益。
（3）北美地形为明显的南北纵列带，中部地势平坦开阔，有利于极地冷空气长驱南下。
（4）地形以山地为主。地势东西两侧高，中间低。
（5）该段时间降水多于多年平均值，气温低于多年平均气温。原因：AO为负异常，北极地区气压升高，中纬度地区气压降低；极地冷空气南下使该地区降温；冷空气南下遇山地的抬升作用，形成较多降水（雪）。
【解析】
本题主要考查北极涛动与极寒气流间的关系及影响。
（1）根据题目中关于北极涛动（AO）的正异常和负异常的相关的介绍可知，负异常会使极地气压上升，中纬度气压下降，冷空气较易向南发展，导致出现极寒天气，欧亚各地频发极寒天气就和北极涛动的负异常相关。
（2）极寒天气对第一产业的影响：主要集中在气候寒冷对农业的影响，低温冻害危害农业生产，使农作物减产、畜牧业受损；极寒天气对第三产业的影响：则需要从由于气候寒冷对于交通和游客的影响来阐述，极寒天气影响交通的正常运行、影响旅游等服务性行业的经济效益。
（3）由于北美大陆典型的地形特点是东西为山脉，中间为中央大平原，因此北极的极寒天气更容易南下。
（4）根据题中图2的等高线分布情况可以看出，东北和西南方向等高线最为密集，整体为山地；地势东西两侧高，中间低。
（5）本小题综合性较强，需要根据AO负异常的有关影响，再结合图2的地形图和R地的地理位置来说明该地气温降水变化的主要原因。通过读图可知，该地年均温低于平均值，降水量多于多年平均值，根据题目中所给线索从北极涛动、大气环流和地形三个方面来分析形成这一现象的原因。据第1小题结果可知，AO为负异常，北极地区气压升高，中纬度地区气压降低；极地冷空气南下使该地区降温；冷空气南下遇山地的抬升作用，形成较多降水（雪）。