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极端低温事件是北半球冬季影响范围最广的天气气候灾害。近些年大范围持续性极端低温事件(简称EPECE)在中高纬大陆地区频繁出现，关于其发生发展过程中环流异常的规律特征以及形成机理，已经成为国内外关注的热点问题。本文利用1959-2017年ERA40/ERA-Interim逐日再分析资料和国家气候中心的逐日站点资料，对比说明了EPECE与普通寒潮事件的差异，并围绕对流层-平流层相互作用问题，分析了中国冬季主要的三类EPECE过程，揭示了其中的环流异常特征和对流层-平流层相互作用过程及其在不同类型EPECE中的相互差异。
首先，通过对比典型的全国性普通寒潮事件和全国型EPECE发现，与普通寒潮事件相比，EPECE的地面冷空气堆积以及西伯利亚高压在欧亚大陆出现时间更早，后来的影响范围更广、强度也更强且持续时间更长。虽然在对流层乌拉尔山地区都会出现高压脊，但在普通寒潮事件中只是一个区域性的阻塞高压系统，在EPECE中的乌拉尔山脊往往会发展成一条横跨中西伯利亚地区的大型斜脊，维持时间比普通的阻塞高压更长。EPECE中的平流层极涡强度一般在前期稳定少变而后期整体变弱，普通寒潮事件中的平流层则在寒潮爆发前后一周开始出现弱极涡事件并倾向于在后期持续不断减弱。
随后，根据近59年内所有EPECE影响范围的不同，将它们客观划分为全国型、西北-江南型和东部型三种类型，分别分析了三类冷事件中的对流层-平流层相互作用过程。结果表明，全国型EPECE为发生次数最多(17/40)的主导类型(西北-江南型为9/40，东部型为8/40)，其持续天数（平均19天）相对最长（西北-江南型为15天，东部型为13天）。具体地，在全国型EPECE冷空气开始堆积之前，以大西洋地区异常扰动为主的热带外对流层有2波为主的行星波异常上传，对应在平流层由弱极涡型向2波异常环流型调整，此阶段主要体现对流层的向上影响;随后，平流层环流向1波异常型调整，且极涡强度开始恢复，使行星波上传逐步受到抑制，在大型斜脊生成地区上游的欧洲一带出现波动的异常向下反射，恰好对应乌拉尔山至西伯利亚一带大型斜脊的形成和维持，从而有利于冷空气在中西伯利亚地区的堆积，此阶段主要体现平流层的向下影响;后期，发展强盛的大型槽脊又有助于以1波为主的行星波再次出现异常上传，向上影响使平流层极涡再次减弱。此后随着对流层大型斜脊下游横槽的转竖，冷空气爆发、南北温度梯度减弱导致槽脊崩溃。总之，平流层极涡强度由减弱、恢复、维持到再次减弱的阶段性环流调整，对应对流层中层乌拉尔山至西伯利亚一带大型斜脊的建立、发展和崩溃以及冷空气在乌拉尔山-西伯利亚关键区堆积、冷空气爆发和消亡三个阶段。为了更清楚地说明全国型EPECE过程的环流特点，还通过1969/1970冬季一次典型的全国型强EPECE个例分析，证实了上述关于全国型EPECE中对流层-平流层相互作用过程的基本特征。
和全国型EPECE相比，在西北-江南型和东部型EPECE中对流层-平流层的相互作用过程显著不同。在西北-江南型EPECE中，对流层的大型斜脊主要在低层热力作用下建立起来，强度较弱、维持时间相对较短，对应脊前堆积的冷空气强度也相对较弱。在此期间，平流层极涡异常增强信号的向下传播引起对流层极涡相应增强，极涡向东亚地区的伸展有利于斜脊下游的大型横槽加深，从而形成有利于冷空气在中国西北-江南地区爆发的环流形势。而在东部型EPECE过程中，平流层弱极涡异常信号的下传使对流层出现NAO的负位相，对应大西洋高压脊建立并不断东移加强，后期演变成横跨整个亚欧大陆北部的大型斜脊。虽然源于极区的大量冷空气在该大型斜脊前堆积，在冷空气爆发阶段大型斜脊西退，但并未完全崩溃，因此仅导致冷空气的东部主体南下影响中国的东部地区，而西部主体仍然滞留在哈萨克斯坦和蒙古境内。
首先，通过对比典型的全国性普通寒潮事件和全国型EPECE发现，与普通寒潮事件相比，EPECE的地面冷空气堆积以及西伯利亚高压在欧亚大陆出现时间更早，后来的影响范围更广、强度也更强且持续时间更长。虽然在对流层乌拉尔山地区都会出现高压脊，但在普通寒潮事件中只是一个区域性的阻塞高压系统，在EPECE中的乌拉尔山脊往往会发展成一条横跨中西伯利亚地区的大型斜脊，维持时间比普通的阻塞高压更长。EPECE中的平流层极涡强度一般在前期稳定少变而后期整体变弱，普通寒潮事件中的平流层则在寒潮爆发前后一周开始出现弱极涡事件并倾向于在后期持续不断减弱。
随后，根据近59年内所有EPECE影响范围的不同，将它们客观划分为全国型、西北-江南型和东部型三种类型，分别分析了三类冷事件中的对流层-平流层相互作用过程。结果表明，全国型EPECE为发生次数最多(17/40)的主导类型(西北-江南型为9/40，东部型为8/40)，其持续天数（平均19天）相对最长（西北-江南型为15天，东部型为13天）。具体地，在全国型EPECE冷空气开始堆积之前，以大西洋地区异常扰动为主的热带外对流层有2波为主的行星波异常上传，对应在平流层由弱极涡型向2波异常环流型调整，此阶段主要体现对流层的向上影响;随后，平流层环流向1波异常型调整，且极涡强度开始恢复，使行星波上传逐步受到抑制，在大型斜脊生成地区上游的欧洲一带出现波动的异常向下反射，恰好对应乌拉尔山至西伯利亚一带大型斜脊的形成和维持，从而有利于冷空气在中西伯利亚地区的堆积，此阶段主要体现平流层的向下影响;后期，发展强盛的大型槽脊又有助于以1波为主的行星波再次出现异常上传，向上影响使平流层极涡再次减弱。此后随着对流层大型斜脊下游横槽的转竖，冷空气爆发、南北温度梯度减弱导致槽脊崩溃。总之，平流层极涡强度由减弱、恢复、维持到再次减弱的阶段性环流调整，对应对流层中层乌拉尔山至西伯利亚一带大型斜脊的建立、发展和崩溃以及冷空气在乌拉尔山-西伯利亚关键区堆积、冷空气爆发和消亡三个阶段。为了更清楚地说明全国型EPECE过程的环流特点，还通过1969/1970冬季一次典型的全国型强EPECE个例分析，证实了上述关于全国型EPECE中对流层-平流层相互作用过程的基本特征。
和全国型EPECE相比，在西北-江南型和东部型EPECE中对流层-平流层的相互作用过程显著不同。在西北-江南型EPECE中，对流层的大型斜脊主要在低层热力作用下建立起来，强度较弱、维持时间相对较短，对应脊前堆积的冷空气强度也相对较弱。在此期间，平流层极涡异常增强信号的向下传播引起对流层极涡相应增强，极涡向东亚地区的伸展有利于斜脊下游的大型横槽加深，从而形成有利于冷空气在中国西北-江南地区爆发的环流形势。而在东部型EPECE过程中，平流层弱极涡异常信号的下传使对流层出现NAO的负位相，对应大西洋高压脊建立并不断东移加强，后期演变成横跨整个亚欧大陆北部的大型斜脊。虽然源于极区的大量冷空气在该大型斜脊前堆积，在冷空气爆发阶段大型斜脊西退，但并未完全崩溃，因此仅导致冷空气的东部主体南下影响中国的东部地区，而西部主体仍然滞留在哈萨克斯坦和蒙古境内。