地球上有兩個極地——南極和北極,儘管它們都是非常寒冷的地方,但相對來講,南極卻比北極冷得多,根據過去的測量數據,南極的年平均氣溫比北極低了20℃左右,而南極的最低氣溫更是可以達到零下94℃,與之相比,北極的最低氣溫則「只有」大約零下70℃。
那麼問題就來了,同樣是地球的極地,為什麼南極比北極冷得多呢?這其實有多方面的原因,其中的一個原因就是,北極主要是一個覆蓋在北極洋表面的海冰區域,而南極所在的區域則是陸地,這就造成了南極的海拔比北極高得多,事實上,整個南極洲的平均海拔大約為2350米,是地球七大洲中海拔最高的一個洲。
正所謂「高處不勝寒」,從整體上來講,在地球表面,海拔每升高1000米,平均氣溫就會下降6.5℃左右,所以南極當然會比北極更冷。
另一方面來講,由於海洋的比熱容比陸地更高,也就是說,其單位質量改變單位溫度時所吸收或放出的熱量比陸地更多,這就意味著,北極所能「儲存」的來自太陽的熱量比南極更多,並因此而比南極更不容易降溫,這無疑進一步拉大了北極和南極的溫度差異。
第二個原因則是,海洋中的洋流還可以給北極地區「補充」熱量。在風力、潮汐、地球自轉、太陽輻射、水體密度和溫度差異、海底地形和陸地分布等多種因素的影響下,地球海洋中的海水會大規模地定向流動,進而形成洋流,在這些洋流中,有一些會源源不斷地將低緯度的熱量帶到北極附近區域。
比如說北大西洋暖流(North Atlantic Drift)就是這樣一條洋流,它是墨西哥灣暖流的延續,沿著歐洲北部和斯堪的納維亞半島的海岸線向北流動,然後進入北極區域,進而為這裡不斷地「補充」熱量。
然而南極卻沒有這種條件,因為有一條強大的洋流沿著自西向東的方向環繞著整個南極洲,這條洋流被稱為南極繞極流(Antarctic Circumpolar Current),它是地球上最強勁的洋流,也是唯一一個連接大西洋、印度洋和太平洋的洋流。
科學家普遍認為,南極繞極流是西風帶對海水施加了向東方向的風應力而形成的,由於沒有陸地的阻擋,這條洋流就在南極周圍形成一個連續而強勁環流系統。
由於南極繞極流屬於寒流,因此在它的阻擋之下,來自低緯度的溫暖海水就被阻隔在南極洲之外,如此一來,南極也就無法像北極那樣從洋流中得到熱量的「補充」了。
除此之外,南極之所以會比北極冷得多,還有一個原因是地球大氣的影響。在地球的兩極,那些原本在順著平流層進行環流的空氣在遇冷之後會出現下沉,當這些下沉的空氣遇到地形的影響之後,它們就會停止之前的環流路徑並開始旋轉,進而形成一種大型渦旋系統,這也被稱為極地渦旋。
極地渦旋包含了大量的寒冷空氣,而它們則被一條緯度更低的強勁西風帶包圍著,這條西風帶也被稱為極鋒急流,它可以認為是一條在平流層中運行的高速風帶,進而分隔了低緯度的溫暖空氣和極地的寒冷空氣,其範圍會隨著季節的變化而出現一定的改變,一般來講,冬季平均位於南北緯40至60度,夏季則會移動到南北緯70度附近。
儘管南極和北極都有自己的極鋒急流和極地旋渦,但是南極的則要比北極更強勁、更穩定,規模也更大,這主要是因為北極周圍存在著多片陸地,而它們的地形會對氣體的流動造成影響,而南極周圍則沒有。
所以南極的極鋒急流就像是一個保護圈一樣,將南極內部的寒冷空氣隔離起來,不讓它們與低緯度的溫暖空氣輕易混合,而北極的極鋒急流則要弱一些,這就使得北極內部的寒冷空氣就比南極更容易「泄露」,進而與低緯度的溫暖空氣混合起來。