亚洲中纬度地区的大范围低温事件（CAO）常带来极端低温、雨雪冰冻等灾害，严重影响社会经济和人民生活。多年统计研究普遍认为，在CAO发生前后，对流层行星波活动增强，其能量上传至平流层，并驱动月内尺度的暖空气向极地输送（即PULSE事件），从而逐渐削弱平流层冷性极涡。因此，平流层环流异常往往被视为对CAO的滞后响应。然而，并非所有事件都遵循这一规律。平流层的月内尺度信号可能超前CAO出现，例如2021年1月初的影响我国大部分地区的“霸王级”寒潮。关于有多大比例的亚洲CAO事件具有平流层超前信号，以及该信号通过什么途径向下影响CAO，尚缺乏系统的分类和机制研究。

为厘清以上问题，我院研究生丁志强、虞越越教授、陈海山教授等与英国雷丁大学沈小岑博士开展了联合研究。研究基于1979–2024年ERA5再分析数据，在等熵经向大气质量环流的理论框架下，结合基于扩展EOF的客观分类方法，系统揭示了近40%的亚洲中纬度CAO事件伴随显著的平流层月内尺度信号（PULSE）。其中，PULSE超前型占比约18.0%，此类CAO往往影响范围更广、持续时间更长；滞后型占比约21.4%，略高于超前型，这也解释了为何以往多年统计得出PULSE多滞后于CAO的结论。

进一步的机制分析表明：

（1）在PULSE滞后型事件中，对流层过程起主导作用。显著增强的乌拉尔阻塞高压通过下游能量频散加强东亚大槽，从而引发CAO；与此同时，波数为1的行星波能量逐渐上传，驱动PULSE事件在CAO峰值日后发生。因此，该类CAO中的PULSE实际上是对行星波活动的滞后响应。

（2）在PULSE超前型事件中，阻塞高压强度不及滞后型，下游频散效应也不显著，但东亚大槽仍能增强并维持。在此过程中，平流层发挥了关键作用：事件前期极涡偏向亚洲区域，波数为2的行星波能量快速上传，驱动平流层PULSE事件，将更多暖空气质量向极地输送，导致东亚大槽区域在350 K等熵面以上的平流层出现质量亏损；该亏损对对流层中层（290 K以上）气柱质量的贡献最高可达35%，从而加深并维持了对流层东亚槽区的低压正压结构，为冷空气持续南下提供了有利的大尺度环流背景。值得关注的是，PULSE超前型CAO事件在发生前2–3周即表现出显著的极涡偏向亚洲特征，这一信号对事件的提前识别具有潜在预报价值。

本研究厘清了亚洲CAO与平流层月内尺度信号之间关系的多样性，明确了一类CAO中存在显著的平流层超前信号，并揭示了平流层通过向下影响发挥促进作用的物理路径，进一步丰富和深化了对亚洲地区平流层–对流层相互作用的认识，也为平流层信号在亚洲冬季预报中的应用提供了理论依据。该成果已于国际权威期刊《Climate Dynamics》发表。

图1 两类亚洲中纬度CAO事件中平流层与对流层质量异常的联合概率密度（PDF）分布
（a）平流层暖空气质量输送（ST60N）与东亚大槽区域平流层（350 K等熵面以上）质量异常的联合PDF；（b）东亚大槽区域平流层质量异常与对流层中层（290 K以上）累积质量异常的联合PDF（等值线）；（c）平流层质量异常及其对对流层中层质量异常的贡献率联合PDF（填色）

论文信息：

Ding, ZQ, YY Yu*, HS Chen, XC Shen, M Cai, Y Liu, 2026: Cold air outbreaks in midlatitude Asia with and without precursory pulse in the stratospheric poleward warm air transport. Clim Dyn 64, 287 (2026). https://doi.org/10.1007/s00382-026-08216-x