《Atmospheric Research》：Doubling frequency of summer cold surges in recent decades and their impact on East Asian extreme precipitation
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东亚夏季极端降水与西伯利亚高压冷 surge 机制研究揭示：2002-2024年夏季冷 surge（SCS）事件频率较1979-2001年近乎翻倍，其源于Ural山区热增强准静止反气旋的建立，通过低层动量耦合与副热带高压暖湿气流作用，形成独立于梅雨锋的极端降水系统，对气候变暖背景下的短期预报具有重要启示。
Kwang-Hee Han | Jee-Hoon Jeong | Sung-Ho Woo | Ho-Young Ku | Hayeon Noh | Baek-Min Kim
韩国釜山浦项国立大学环境大气科学系地球环境系统科学专业
摘要
本研究重点探讨了夏季西伯利亚气团南侵对东亚极端降水加剧的作用。我们识别出西伯利亚上空一个反复出现的冷核反气旋，称为“夏季西伯利亚高压”（Summer Siberian High, SSH），并将其向南扩展的现象定义为“夏季冷浪”（Summer Cold Surge, SCS）。分析表明，自21世纪初以来，SCS事件的频率几乎翻了一番。这种增加归因于前体环流的转变，其特征是乌拉尔山脉上空热增强的准静止反气旋强度增强。与冬季冷浪类似，SCS将寒冷干燥的空气输送到东亚。这种冷空气入侵与来自西北太平洋副热带高压的温暖湿润气流相互作用，增强了低层斜压和锋面汇聚，从而加剧了强降水。这些发现突显了高纬度系统在夏季日益重要的气候学意义，并表明理解SCS的动态过程对于预测气候变暖条件下的极端降水至关重要。
引言
东亚的大气环流模式具有明显的季节性变化。冬季，该地区受到西伯利亚高压的强烈影响，这种冷核反气旋常常引发大规模的冷浪（Kumar等人，2019年；Park等人，2011a、2011b年；Takaya和Nakamura，2005年）。这些事件通常与乌拉尔阻塞等大尺度大气模式相关，后者会增强西伯利亚高压并促进冷空气向东亚的爆发（Cheung等人，2013年；Cheung和Zhou，2016年；Chen等人，2020年；Lu等人，2022年）。强烈的冷浪会导致严重的物理和社会经济影响（Chan和Li，2004年；Chang和Lu，2012年；Chen等人，2002年；Jeong等人，2005年；Xie和Bueh，2017年）。
相比之下，夏季的大气环流主要由东亚夏季风（East Asian Summer Monsoon, EASM）和西北太平洋副热带高压（Western North Pacific Subtropical High, WNPSH）塑造（Park等人，2021a年；Seo等人，2011年；Shin和Lee，2005年；Sun和Lee，2002年）。WNPSH对温暖湿润的气候条件具有主导作用，常导致极端天气事件，如热浪和强降水（Kim和Lee，2006年；Kim等人，2017a、2017b年；Lee和Kim，2007年；Park等人，2021a、2021b年；Seo等人，2013年、2015年；Shin和Lee，2005年；Sun和Lee，2002年）。东亚夏季风锋面的一个基本组成部分是WNPSH与高纬度冷空气的相互作用（Ninomiya，1984年；Ding，1992年；Ding和Chan，2005年）。
近几十年来，东亚南部在晚春和夏季出现的极端降水事件频率和强度都有所增加（Moon等人，2023年；Shin等人，2022年）。这些降水事件表明，即使在季风较弱或不活跃的时期，降水也可能独立发生，而不仅仅是由于传统季风锋面的增强（Changma、Meiyu、Baiu）。这表明离散的冷空气注入在触发极端降水方面起着比之前认为的更重要的作用。虽然之前的研究已经指出冷空气对东亚极端降水的贡献——通过西伯利亚植被驱动的环流变化（Yeh等人，2024年）或准静止锋面的增强（Shin等人，2022年）——但这些具体的冷空气入侵过程尚未得到定量评估或系统分析。
因此，本研究旨在系统地阐明夏季向南入侵的冷空气现象，我们将其定义为“夏季冷浪”（SCS），并将其与冬季对应现象“冬季冷浪”（WCS）进行动态类比。SCS与传统通过长期对流不同空气团相互作用形成的季风锋面存在结构差异；相反，它是一种伴随天气尺度大气环流变率的现象。作为一种重要的动力机制，SCS可以独立于季节性季风进程引发降水。尽管SCS具有重要影响，但在以往的研究中却大多被忽视，主要是因为人们普遍认为东亚夏季降水主要由副热带系统主导，以及认为高纬度冷系统在温暖季节无法产生显著天气尺度影响的气候学观点。在本研究中，我们量化了SCS的天气尺度特征，揭示了其与全球环流模式的形成机制，并分析了在近期气候变化背景下的长期趋势。此外，我们的分析证实，2002-2024年间这些离散的夏季冷空气入侵事件频率比1979-2001年间几乎翻了一番。这一发现强调了更全面理解其机制及其对区域气候变化和极端天气日益重要性的必要性。
本文的结构如下：第2节（数据和方法）描述了本研究使用的数据集和方法，并定义了夏季西伯利亚高压（SSH）和SCS。第3节（结果）分析了它们对东亚天气的影响及其长期变化。第4节（总结与讨论）总结了主要发现，并讨论了未来研究的潜在方向。
数据
本研究使用了ERA5再分析数据集，其水平分辨率为0.25°×0.25°（Hersbach等人，2020年）。分析了地表和等压层大气变量，包括2米高度温度（T2m）、海平面气压（SLP）、位势高度（Z）、水平风分量（U和V）以及多个压力层上的气温（T），以研究冷核反气旋的动态条件和环流结构。特别是分析了850和500 hPa处的Z、U、V和T。
夏季西伯利亚高压（SSH）的特征
应用第2节中定义的SSH检测标准，我们在分析期间（1979-2024年）共识别出461天在西伯利亚地区出现强烈反气旋异常的日子（图S1）。其中185天的地表温度异常低于-1σ，证实该地区的强烈夏季反气旋经常与冷空气团相关。
图2展示了这些被识别的SSH事件的复合结构。
总结与讨论
本研究系统地识别出SCS——一种与传统季风锋面不同的离散天气尺度现象——作为东亚夏季降水的重要且被忽视的贡献因素。SCS起源于夏季在西伯利亚形成的异常冷核反气旋，我们将其称为SSH。如图8所示，SCS的机制分为四个阶段：首先在乌拉尔地区形成高层反气旋异常，随后...
CRediT作者贡献声明
Kwang-Hee Han：撰写——初稿。Jee-Hoon Jeong：撰写——审稿与编辑，项目管理。Sung-Ho Woo：撰写——审稿与编辑。Ho-Young Ku：撰写——审稿与编辑。Hayeon Noh：撰写——审稿与编辑。Baek-Min Kim：撰写——审稿与编辑，项目管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了韩国环境产业技术研究院（KEITI）通过“新气候体制下的气候变化研发项目”的支持，该项目由韩国环境部（MOE）资助（RS-2022-KE002160）。本研究还得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，该基金会由韩国政府（MSIT）提供资金（项目编号：2710079872），用于“关于海喷雾在台风快速增强中的作用的研究项目”。
