地球南北兩極的極地渦旋 (polar vortex) 通常位於極圈內，渦旋周圍強勁的噴射氣流有助於抑制渦旋內部的冷空氣外溢，內部氣壓遠低於外部。然而有時氣壓差會縮小，噴射氣流位置產生明顯的南北波動，使渦旋內部寒流與外部暖流的交互作用變強，進而導致氣溫、降水及風力劇烈變化的極端天氣事件。此兩種相反狀況在北半球即稱為北極振盪 (Arctic oscillation；AO) ，可使用北極振盪指數表示，前者稱為正相位 (指數為正) ，後者稱為負相位 (指數為負) 。如圖1 所示，該指數在2022年12月來到明顯的負值，極地渦旋從極圈往北美洲移動，造成 12 月 21 至 26 日的冬季風暴，導致美國和加拿大大部分地區出現暴風雪。

圖1-2022年9月5日至2023年1月2日的北極振盪指數圖(資料來源：災防科技中心)

此冬季風暴於 12 月 21 日形成(圖2)。其強度於隔天開始增強，行經南達科他州(State of South Dakota)、北達科他州(State of North Dakota)、明尼蘇達州(State of Minnesota)、愛荷華州(State of Iowa)和威斯康辛州(State of Wisconsin)。 23 至 24 日下午從印第安納州(State of Indiana)移至加拿大安大略省(Ontario)過程中，風暴中心氣壓驟降 35 百帕，遠超過炸彈氣旋 (bomb cyclone) 的閾值(25百帕) (圖3)。炸彈氣旋是一種強烈的低壓系統，通常在冬季發生，容易導致暴風、暴雪、冰雹和凍雨。炸彈氣旋的氣壓通常在 24 小時內急遽下降，有助於加強風力和溫度的變化，使天氣變得更加極端。此外，冬季風暴的前方有一阻塞高壓 (blocking high) 位於北美洲東北部，阻礙了天氣系統的移行，使冬季風暴移動緩慢，因而延長了暴風雪的影響時間。

圖2-2022年北美冬季風暴時序圖(資料來源：國家災害防救科技中心整理)

圖3-2022年北美冬季風暴大氣環流系統配置示意圖，時間為12月23日0000 UTC (資料來源：國家災害防救科技中心)

如圖4所示，2022年 12 月 23 日至 24 日下午，隨著風暴從印第安納州席捲至加拿大安大略省，在美國的中北部出現-45~-35°C極低溫，為近20年最冷的聖誕連假，甚至位於中南部的奧克拉荷馬市(Oklahoma City)出現比阿拉斯加(Alska)還低的溫度 [1]。

圖4-美國冬季風暴12月23日境內溫度分布圖(資料來源：National Weather Service) [1]

如圖5所示，當暴風雪的強風吹過溫暖的伊利湖湖面時，可造成湖水浪高可達 3~6 m，受到湖泊效應(lake effect)的影響，紐約州(Stata of New York)的水牛城(Buffalo City)降下破紀錄的降雪 [2]。而湖泊效應是指當冬季寒冷的空氣經過較溫暖的湖面時，大量水蒸氣會在湖面上空凝結成雪，向周圍地區輸送，導致湖邊地區降雪量增加。湖泊效應通常發生在比較大的湖泊周圍(如五大湖區)，因而造成當地驚人的降雪量。根據水牛城國際機場觀測資料，降雪量達 258 公分，打破2000年的歷史紀錄224公分。而水牛城的暴風雪侵襲時間更長達 37.5 小時，為該城市歷史上歷時最長的暴風雪。

圖5-美國冬季風暴12月23日五大湖區風浪高程分布圖(資料來源：NOAA) [2]

加拿大與美國於 2022 年 12 月 21 日時即以陸續發布冬季風暴的災害預警。加拿大環境部 (Environment Canada) 向安大略省西南部、中西部和南部，以及尼加拉地區(Niagara Region)南部、喬治亞灣(Georgian Bay)以東地區和安大略湖(Lake Ontario)東端地區(包括Kingston City)發出暴風雪警告 [3]。美國部分，喬治亞州(State of Georgia)宣布進入緊急狀態，並向公眾發出警告；南達科他州宣布該州進入冬季風暴緊急狀態，並啟動了國民警衛隊。於 2022 年 12 月 22 日，美國總統辦公室說明冬季風暴災害衝擊的嚴重性 [4]，之後其他各州也陸續發布進入緊急狀態，以因應冬季風暴的衝擊。美國國家氣象局與各地方政府不斷呼籲民眾，“Stay home, stay safe, stay alive.”[5]。

如圖6所示，冬季風暴持續期間造成各種災害衝擊影響，截至 2022 年 12 月 30 日統計資料，因寒冷暴露、車禍等直接或間接造成死亡的人數達 91 人，低溫不僅造成無家可歸的人死亡，更造成多起交通意外，甚至造成緊急醫療救援行動的停擺。

圖6-美國冬季風暴造成無家可歸者傷亡和交通衝擊 (資料來源：CNN news)[6]

而在基礎設施的衝擊部分，受暴風雪影響地區發生交通運輸中斷情形，例如在西雅圖(Seattle) King County Metro Transit和Sound Transit運營的公車都因路面結冰而取消，以及俄亥俄州(State of Ohio)桑達斯基郡(Sandusky County)發生了 50 輛車相撞事故，連環事故導致四人死亡 [3]。有關航班取消的部分，CNN依據 FlightAware 航班追蹤系統的數據報導， 12 月 21 日時，冬季風暴迫使至少 1,000 個航班取消，而到 12 月 22 日時，已有 10,000 多個航班被延誤或取消(如圖7)  [6]。而電力系統中斷的部分， 12 月 23 日的消息指出，緬因州有超過 250,000 名客戶停電；北卡羅萊納州(State of North Carolina)超過 180,000 人；維吉尼亞州(Commonwealth of Virginia)、田納西州(State of Tennessee)和紐約州(State of New York)則各有超過 100,000 人 [6]。此次冬季風暴更造成各種行業和機關設施的被迫停業，例如運輸業包括亞馬遜(Amazon)、聯邦快遞(FedEx)、聯合包裹公司(UPS)和美國郵政(USPS)，由於天氣原因出現重大延誤或貨運處理站點關閉。而此次的冬季風暴也造成許多國家公園緊急關閉，其中包括北達科他州的Knife River Indian Villages國家歷史遺址、南達科他州的Badlands 國家公園等。

圖7-美國冬季風暴對航班造成影響(資料來源：CNN news)[6]