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。