part1:什么是ssw？
平流层爆发性增温（stratospheric sudden warming，ssw）是平流层大气环流突然增温的一种现象，一般发生在北半球高纬度地区。它的具体表现是，平流层大气在冬春两季的某些时段发生急剧增温现象。这种增温极为猛烈（不然怎么叫爆发性），有时候甚至可以在几天之内增温50℃，令人咋舌。ssw的影响十分深远，不过具体影响还是要看ssw对平流层极涡的影响和发生的具体位置。（谁说所有ssw都sm了？）
下面介绍一些ssw的粗略后果——平流层极涡变形，甚至可能崩溃；极区周围的空气爆发性增暖，造成温度梯度反向；如果极夜西风急流的减弱消失，极区周围将出现东风气流。平流层爆发性增温后，极区的空气逐渐冷却，再恢复到冬季环流，但在3月发生的最后升温，其环流型不再恢复到冬季环流型，而变成夏季环流（仅针对高纬地区）。

part2:极涡（以北半球冬季为例）
什么是极涡？我们可以从字面意思上理解。“极”，就是极地，“涡”，就是“涡旋”。极地涡旋，称极涡，也称鸡窝，它一般是一个具有正压性的、盘踞在极地地区的大尺度涡旋系统，在这里我们先可以简单地把“极涡”同寒冷的天气联系在一起。一般在EC和GFS网站上我们看到的是500hpa层面左右的极涡，而这里主要讲述的是平流层极涡（10hpa层面左右，高度30000m+）。平流层极涡对下层大气的影响将在后文提及。
下面是一张冬季极点视角的10hpa流场图。我们可以发现，在冬季的北半球高纬度地区，盛行一股强盛的西风环流。而这股闭合环流的中心，一般坐镇一个强大的极涡，其中心最低温可以达到-80℃甚至更低（注意是平流层）。极涡的形成与稳定和它旁边的西风环流有着密切的关系。你可以想象你有一盆水，你用手在盆的边缘沿逆时针方向搅动水，那么边缘的逆时针流动的水就是西风环流，在盆的中央的那个漩涡就是极涡。你所看到的平流层的情况，差不多可以用这种原理简单解释，因为空气也是流体。
如果你足够细心，应该会联想到文章之前讲的“ssw导致高层西风减弱甚至转变为东风”这一影响。我们再拿那盆水做个例子：本来你逆时针搅着搅着挺带劲儿的，盆中央那个漩涡也挺深的，这时候你突然停止搅动甚至反方向搅了，那么水流乱套了，水盆中央的那个涡旋是不是会崩溃了？同理，极涡遭遇东风异常（西风环流减弱甚至变成东风环流），也会减弱，分裂甚至崩溃。

part3:ssw的具体分类及其判定依据
3.1温度场判定法
下面3张图分别显示了极涡转移型强ssw、极涡分裂型强ssw和弱ssw影响下的极点视角10hpa高度温度分布（单位：K,℃=K-273.15）.我们可以发现，在ssw开始之前，极区普遍以一冷性中心为主要控制系统，不过我们也观察到，北半球某处（这里以贝加尔湖地区为例）已经有了一个明显的暖性中心。爆发性增温开始之后，极涡转移型强ssw使得低温中心受高温空气挤压而分裂（一般是两部分）并偏移极点（图1）；而极涡分裂型强ssw和弱ssw则压迫极地的冷性中心，使之向低纬度地区运动（图2和图3）。而这两者的判据，就是冷性中心偏移的程度了。一般来讲，极涡转移型强ssw的冷性中心会来到纬度更低的地区，而弱ssw仅仅使得冷性中心稍有偏移，或者基本不动。
在英语中，我们一般把两种强ssw称为“major”,而把弱ssw称为“minor”。

3.2 10hpa位势高度场（单位：gpm）
这个的判据和温度场判据很是相似。或者，我们可以简单地把“位势偏低”和“温度偏低”草率地等同起来。如图，我们可以发现，极涡分裂型强ssw使得极涡拉扯变形（图1，极涡变长条状，不是典型的分裂），甚至使得变形的极涡分裂成两部分，从而在较低纬度产生两个极涡；而极涡转移型强ssw使得极涡向低纬度地区产生了较大的偏移（图2）；弱ssw也使得极涡产生了一定的偏移，但是偏移程度
一般来讲没有前者大，读者通过比较也能自己做出判断（图3）。

3.3高纬西风环流异常
这一点是极其重要的判据，相比于前两者更加接近本质了。在北半球冬季的10hpa层面，围绕着极地有一圈滚滚的西风洪流。如果你还记得之前那个搅动水盆里的水的比喻，那么你也许能够更好的理解西风和极地涡旋的对应关系。那么，聪明的读者也就自然地联想到了西风带异常这一判据是如何应用到强弱ssw的判断之上的了。当强ssw发生的时候，这一圈绕极西风环流会衰弱的很快，甚至发生风向反转，变成东风（气象俗称：东风异常）（图1，图2）；而弱ssw对西风环流造成的影响不大。西风环流的减速甚至反转，会对极涡造成巨大的影响，比如使之减弱，变形，迁移，甚至崩溃。而弱ssw对西风环流影响不大，极涡的强度一般能够维持正常（图3）。
我们再来看看前两种判定——温度场和位势高度（气压场）。其实，强弱ssw用后两种判定可能会发生混淆的情况。有些弱ssw虽然被冠以“弱”的名号，但是有时候弱ssw带来的增温甚至比强ssw还猛烈得多（比如2019年12月的那次），这会导致有些弱ssw在温度场和气压场上看起来像是一次极涡转移型的强ssw。当你觉得判据不足时，查看西风环流的状况有助于你进行进一步判断。

3.4行星波振幅和EP通量
这，是最接近ssw本质的判据。
首先了解一下概念。什么是行星波？行星波在划分上属于罗斯贝波，它分为1波（wave1）和2波（wave2），是大气中非常缓慢的/大尺度的波动。至于EP通量（E-P flux），我们就简单地把它理解为对流层向平流层输送的能量（或者热量）吧。另外，地形对行星波的扰动，可能使得行星波发生振幅异常，从而影响ssw的发生。

3.4.1极涡转移型强ssw
图1给出了极涡转移型强ssw发生前后行星1波和2波振幅的变化，图2-3给出了极涡转移型强ssw发生前后的EP通量变化。据图，在增温开始前（图中0day之前），1波的振幅出现了较大的提升，强ssw在1波振幅大升之后的6-8天内开始。在ssw开始后的0-5天内，1波的振幅还有一次升高。我们再来看2波。ssw开始之前，2波振幅也会有一次提升，但是在ssw发生的0-5天内，2波振幅表现出下降的趋势。总结，在极涡转移型强ssw中，1波和2波都会在ssw发生之前产生振幅的较大正变化，1波的振幅在ssw爆发后0-5天内还有一个小增幅或者基本不变，而2波在ssw爆发0-5天后振幅减弱。
接下来我们看看极涡转移型强ssw过程北半球高纬度EP通量的变化
情况（图2-3）。
显而易见，在极涡转移型强ssw过程中，行星1波的EP通量输送远远强于行星2波，这也是气象爱好者称极涡转移型强ssw为“1波主导ssw”的原因了。极涡转移型强ssw在10hpa gpm anomaly图上的直观表示，是一个类似于太极图的分布，ssw区域的高位势和极涡的低位势各占一边（也称阴阳鱼式分布）。EP通量异常增高，使得对流层的热量大量输入到平流层，直接导致了ssw的发生。

3.4.2 极涡分裂型强ssw
图1给出了极涡分裂型强ssw发生前后行星1波和2波振幅的变化，图2-3给出了极涡分裂型强ssw发生前后的EP通量变化。据图，在增温开始之前，1波振幅也有一定的增大，并且在ssw爆发之后会逐渐减弱；而2波振幅的表现就明显与极涡转移型强ssw不一样了。2波振幅的异常增大，是紧贴在ssw爆发之后的，一般也可认为2波振幅异常增大的时刻与ssw的爆发时刻近似重合。我们可以看到，极涡分裂型强ssw2波振幅增值要远高于极涡分裂型强ssw的2波振幅增值。总而言之，极涡分裂型强ssw行星1波振幅在ssw爆发之前有着一定的增大，但是增大程度不如极涡转移型强ssw的；而行星2波振幅增值与ssw爆发时间较为接近，且一般有着一定的延迟，这与极涡分裂型强ssw区别迥异。
再来看看极涡分裂型强ssw的行星波EP通量情况。这图也很直观地解释了问题：对比极涡转移型强ssw，极涡分裂型强ssw行星1波的EP通量上传不显著，而行星2波的EP通量上传则极为显著，这也是气象爱好者将极涡分裂型强ssw称为“2波主导ssw”的原因。极涡分裂型强ssw在10hpa gpm anomaly图上的直观表示，是一个类似于十字交叉的结构，极涡变成了两半，而高位势中心变成两半或者能够连在一起。

3.4.3弱ssw
图1给出了弱ssw发生前后行星1波和2波振幅的变化，图2-3给出了弱ssw发生前后的EP通量变化。
其实，弱ssw和极涡转移型强ssw在1波和2波的振幅表现上差别不大，都能呈现出1波和2波都会在ssw发生之前产生振幅的较大正变化，1波的振幅在ssw爆发后0-5天内还有一个小增幅或者基本不变，而2波在ssw爆发0-5天后振幅减弱这些特征。
然后我们来关注1波和2波的EP通量的变化。显而易见，弱ssw的EP通量上传远远弱于两种强ssw，不论是1波还是2波。但是我们以可以发现一些有趣的点：1波上传EP通量的态势和极涡转移型强ssw的非常相像。那么为什么弱ssw不能对极涡进行一些建设性的操作呢？我们可以认为，如果行星波上传的EP通量足以反转高纬度的位势场，那么就可以判断，一次强（major）ssw发生了；而弱ssw上传的EP通量并不能使得高纬发生位势场的反转，因此它只能以“弱（minor）”冠名。

part4：ssw对我国冬季气候的影响
4.0前言
这是一个极其宏大的话题，因为ssw对我国冬季气候的影响，不光要看ssw的强度，对极涡的影响，还要看ssw发生的具体位置与ssw是否下传。在接下来的案例中，我们着重介绍北亚ssw，并且选取了东亚大槽较为正常的年份作分析。另外，我们也将简单介绍不同增温类型对极涡的影响以及对我国冬季气候的反射。
在冬季进行天气分析时，500mb位势高度（单位：gpm）的变化图是我们依赖得比较多的工具之一。虽然ssw可能对对流层大气产生重要影响，但是我们一般不拿NCEP的10hpa资料等来分析短期具体天气形势。ssw事件它本身对长期天气变化确实有着一定的指示意义，但是短期对流层的天气分析还是得借助其他工具，比如500mb位势高度变化图，850hpa温度场和风场图，等等。

4.1发生在乌山以东一带的ssw
这类ssw主要发生在乌山东侧——西西伯利亚等地区，笼统地讲，发生在我国西北侧高纬地区，经度在75°E——105°E的ssw（不包含贝湖ssw），都可以归结为这种类型。在这里我们会深入介绍它带来的影响。

4.1.2 500hpa高度场
东亚在冬季500hpa层面最具标志性的大气环流，就是高空的东亚急流和深厚的东亚大槽了。下图1～3表现了ssw下传前（-40～-10天）、ssw下传中（-10～10天）、ssw下传后（10～40天）东亚地区500hpa高度场位势高度的异常变化。


根据图，在ssw下传之前，东亚大槽的槽线处于我国的陆地上，且负距平比较明显，说明此时东亚大槽位置未出现明显异常并且强度较强。在ssw下传过程中，负距平显著的区域由陆地逐渐移到了海上；而ssw下传之后，负距平中心转移到了太平洋的中西部地区，负距平较明显的区域处于我国东部沿海、日本和日本东部洋区。这类变化指示，东亚大槽会在ssw下传之后有东移和加深现象，这能够使得我国东部沿海和日本的冬季风发生增强。

4.1.3 850hpa温度距平
850hpa层面的温度距平分布很好地揭示了ssw下传之前、下传中与下传后东亚地区的温度距平变化。在ssw下传之前，在东亚的内陆地区有着明显的温度负距平，距平核心区处于内蒙古周边地区，这与1000hpa的气压距平（后者指示西伯利亚高压的强度）有着较好的对应关系；ssw下传之后，负距平中心有着明显的东移趋势，负值核心区转移到了东北——库页岛一带，但是总体来讲，东亚的大部地区仍旧处于负距平区域；而ssw下传之后，东亚地区就呈现出了两种不同的分布态势了。在东亚内陆以及东南亚地区，由于西伯利亚高压的减弱和冬季风的减弱，出现了比较明显的温度正距平分布；而我国东部沿海因为冬季风略增强、处于东移出海的东亚大槽槽后，仍旧显示出温度负距平的态势，东部的海面负距平就更为突出。