去年冬天，美国和加拿大的一些地区遭受了“极地涡旋”的袭击。我碰巧住在其中一个地区，我很惊讶，仅仅因为一堆“空气”改变了位置，温度就会突然变化这么大。
为什么气温对地表温度的影响如此之大?
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地表温度是地表空气的温度(而不是地面本身的温度)。这个温度通常是在离地面1到2米的地方，这是我们在室外感受到的温度。简单地说，空气影响温度的原因，有时是根本性的，是因为温度是空气的一种特性(它与构成空气的分子的平均动能有关)。
如果我们对我们所经历的温度变化感到好奇，我们可以写$\frac{DT}{DT} $，其中$\frac{D}{DT} $是材料导数，$T$是温度。温度的变化是拉格朗日量的，换句话说，它是一团空气在运动时的温度。我们可以将其展开为$$\frac{DT}{DT} = \frac{\偏导T}{\偏导T} + \mathbf{u}\cdot\nabla T$$这个方程告诉我们温度的变化可以与两种效应有关:
- 在空间中固定位置(例如在你的房子外面)空气温度的变化
- 通过风把不同温度的空气输送到你的位置。
第一个要点将被地面和空气之间的能量传递(传导)和辐射损失(辐射发射)所修正。这些变化是在早上和下午之间温度变化的尺度上——没有什么太激进的。
第二个要点是可以发生根本性变化的地方。温度是空气的一种属性，所以如果新的空气带着不同的温度进入你的位置，这将强烈地决定当地的表面温度。
你提到了极地涡旋，这是一个经常被误用的术语，最近才进入流行词汇。极地涡旋主要是极地上空的中高层大气环流。当你在电视上听到这个词时，你很可能听到它被误用了，通常只是指一个非常强大的冷锋，后面有一个(可能不合时宜的)寒冷的北极大陆气团。简单地说，锋面是一种增强的表面温度梯度，它将具有不同性质的气团分开。关键特征是强烈的温度梯度——在相对较小的距离内，表面温度发生相对较大的变化。
这又回到了前面的讨论，即导致温度急剧变化的主要原因是风带来了温度不同的空气。当冷锋到达时，它是由风驱动的，这是风输送温度的一个例子(冷空气平流)。
总而言之，空气对局部地表温度的影响如此强烈，是因为温度是空气的一种特性。如果你所在城镇周围的空气被新空气取代，那么新空气就会有自己的温度，所以你会感受到温度的变化——如果新空气明显更冷，你就会感受到温度的急剧变化。