北美-東亞冬季極端低溫空間復合事件及其與高空急流的聯系

摘要 隨著全球氣候變化的加劇，極端低溫事件在發生頻率、降溫速率等方面都有顯著變化，對人類健康、社會經濟和生態環境造成了重大影響。研究指出，許多不同地區會同步發生極端低溫事件，此類事件被稱為極端低溫空間復合事件，往往與高空急流異常相聯系。本研究基于1979—2022年美國氣候預測中心的高分辨率網格化逐日最低地表氣溫數據集以及NCEP／NCAR再分析數據，針對冬季極端低溫空間復合事件進行統計分析，尋找該復合事件下的高空急流分布特征及可能的影響機制。結果表明，東亞與北美在候尺度上存在發生極端低溫空間復合事件的空間同步性。通過對環流場的對比分析發現，緯向環流上，高空急流整體增強，兩地位勢高度易出現負異常，正負分布的位勢高度異常呈現出類Rossby-4波的特征;經向環流上，受高空急流影響，則易于造成冷空氣從高緯向低緯輸送。進一步從熱力學方程的角度分析影響的相對貢獻，指出經向溫度平流和非絕熱冷卻是造成東亞和北美地區極端低溫空間復合事件的重要原因。

關鍵詞極端低溫空間復合事件;高空急流;環流特征;熱力學方程;合成分析

聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）在第六次評估報告中將極端天氣事件定義為“在一年中的特定地點和時間罕見的事件”，將極端氣候事件定義為“持續一段時間的極端天氣模式，例如一個季節”。針對極端事件的定義，許多研究圍繞極端溫度、極端降水、旱澇急轉、野火、沙塵暴等進行了討論。然而，對于單一極端事件的研究逐漸無法解釋許多頻發的天氣氣候問題。因此，2012年IPCC關于極端氣候的特別報告（Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation）首次展開了對復合事件的研究，旨在廣泛地揭示天氣和氣候相關災害結合的物理過程，以提高其可預測性，進而用于評估社會及環境的影響風險。復合事件的定義也在這個報告的基礎上有所修正，被納入IPCC風險框架。Zscheischler et al.（2020）將其廣義定義為“導致社會或環境風險的多種驅動因素和／或危害的組合”，并將復合事件劃分為預置條件、多變量、時間復合以及空間復合4種類型，為分析復合事件提供了一個連貫的框架。與單變量事件相比，它們可能對不同系統產生更大的負面影響，但對這些事件的認識、分析、量化和預測仍處于起步階段。

在全球變暖的背景下，北極放大效應加強，北極地區增暖使得其與中緯度地區之間的溫度梯度減小、西風減弱，會引起平流層極地渦旋（Cohen et al.，2021）、急流和行星波（Barnes and Screen，2015;Francis and Vavrus，2015）發生改變，有利于北半球中緯度地區發生極端低溫事件（Tang et al.，2013）。與屢次破紀錄的極端高溫事件相比，全球范圍內的極端低溫事件發生頻率可能有所減少（Alexander et al.，2006;高慶九等，2018），但降溫速率變快（Kharin et al.，2007），且低溫天數持續增加（Cohen et al.，2014;謝韶青和盧楚翰，2018）。針對冬季極端低溫，許多研究對北半球冬季個別時間或區域的極端低溫異常事件（Sun，2012;蘭曉青和陳文，2013;杜雪婷等，2021;Zhang et al.，2022）展開了討論。同時研究表明，在不同地區同步發生的極端溫度并非孤立事件（Deng et al.，2018）;相反，它們多是由大氣環流異常引起的復合極端溫度事件（Kornhuber et al.，2020;Kornhuber and Messori，2023），即空間復合極端事件。極端氣候的空間復合事件在不同地點的危害一般是通過一個具有空間整合能力的系統建立的，該系統能夠將危害影響累積在空間較遠的地點上。與平均氣候相比，極端氣候事件具有突發性、難預測性和強破壞性等特點（余榮和翟盤茂，2021;陳海山等，2024），因此對極端低溫的空間復合事件展開研究具有十分重要的科學意義。

綜合現有的研究結論以及極端事件空間復合的特征，不同的天氣氣候系統對極端低溫事件有著許多影響（Fang et al.，2023）。高空急流是對流層重要的動力系統，其位置、形狀、強度等特征被認為是氣候變化的潛在指標，會使北半球中緯度地區頻繁發生極端事件。Yang et al.（2002）指出，冬季西太平洋急流的異常與整個亞洲-太平洋-美洲冬季氣候異常相關聯，當冬季西太平洋急流增強時，東亞與美國東部出現更寒冷、更干燥的氣候特征。Zhao et al.（2023）對北太平洋急流進行研究，發現不同形態的急流會對北半球不同地區同步產生冷暖異常的影響。除此以外，復合極端事件的發生、維持和增強還受局地氣旋、反氣旋異常的影響（Yang et al.，2021），急流的動力學及其與氣旋和反氣旋的相互作用控制會導致遙遠地區的天氣共變（Branstator，2002）。在行星尺度上，災害和相關影響的空間同步可由氣候變率的大尺度模態，如ENSO、大氣遙相關（Boers et al.，2019）或由環極地波驅動（Kornhuber et al.，2019）造成。緩慢移動的放大Rossby波形成近似環全球的遙相關，有利于極端天氣條件的發生，導致在中緯度地區同步產生異常天氣事件。研究發現，冬季極端低溫事件在北半球中緯度地區的Rossby-3波、4波中最為明顯（Kornhuber and Messori，2023）。

目前，有關空間復合事件的研究較為欠缺，對空間復合的關注主要圍繞個例事件展開，對空間上不同位置極端事件相互影響的認識較為有限（Fang et al.，2023），極端溫度的關鍵區域、嚴重程度和同步發生的情況尚未得到系統的量化。基于現有的研究發現，專門針對空間溫度復合事件進行氣候學統計分析的研究依然較少。通過前期的研究，高空急流會影響不同地區的高溫或低溫，東亞和北美地區在冬季存在著極端溫度的空間復合變化。因此，本文重點關注這兩個地區的極端低溫空間復合事件，并進一步嘗試尋找冬季極端低溫空間復合事件的主要特征及可能機制。

1 資料和方法

1.1 資料

本研究利用1979—2022年美國氣候預測中心（Climate Prediction Center，CPC）的高分辨率網格化逐日最低地表氣溫數據集來識別冬季（12月、次年1月和2月）的復合極端低溫事件，數據的水平分辨率為0.5°×0.5°。該資料集是全球通信系統收集的原始觀測數據，使用Shepard算法插值到0.5°經度／緯度網格上。該數據集得到氣候變化檢測和指數專家組（ETCCDI）的推薦，被廣泛應用于極端事件的研究。

研究選取美國國家環境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）和美國國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）聯合制作的NCEP／NCAR再分析數據用于開展環流分析。該資料的空間分辨率為2.5°×2.5°，共17個標準氣壓層，主要選用的數據集有逐日氣溫、位勢高度、經向風速、緯向風速、垂直速度等。

1.2 方法

1.2.1 極端低溫空間復合事件的定義

本研究涵蓋的時間段為1979—2021年的43個冬季（定義為12月至次年2月，即DJF），例如，1979年冬季指1979年12月與1980年1月、2月。利用CPC冬季每日最低氣溫數據集，同時忽略了閏年2月的第29天，計算不重疊連續5 d的平均值，得到每年冬季18個候均值，由此構建了18候／a×43 a=774候長度的時間序列。

定義某一格點某日最低氣溫小于該格點43 a冬季共3 881 d的最低氣溫序列中的第10個百分位點為發生極端低溫天氣，統計研究區域內每天發生極端低溫天氣的事件數（數據長度為3 881）作為某區域每日發生極端低溫天氣的事件頻數，以此作為研究對象可以統計不同時間尺度上發生極端低溫天氣的事件頻數。將不同時間尺度事件頻數的時間序列進行標準化處理，選擇大于給定標準差取值的事件作為極端低溫事件。

以東亞（73°～145°E，4°～53°N）和北美（160°～12°W，25°～75°N）作為研究對象進行討論。使用Pearson相關對兩時間序列進行局部同步性的計算，能夠觀察時間序列每一刻的狀態，在所有滑動窗口內重復計算信號局部的Pearson相關，直到所有信號都被窗口覆蓋過。本文以15幀作為窗口寬度，計算東亞與北美地區逐候的局部相關結果，用于探討兩地極端低溫事件的相關關系。使用超前滯后相關系數證明兩地區極端低溫事件頻數的時間序列發生演變的同步性。

同時，本研究采用的統計方法包括合成分析（Fu et al.，2020）、相關性分析（Tabachnick and Fidell，2013）和經驗正交函數（EOF）分解。對異常場（物理量與1979—2021年冬季的氣候態的差值）采用t檢驗（Kalpic＇ et al.，2011），對EOF分解的結果采用North檢驗（Smith et al.，1996）。

1.2.2 動力診斷量

已知有熱力學方程（Shi et al.，2020）如下所示，可以依次算出等式左右兩側的各項：

其中：u和v為緯向風和經向風;ω、T、p分別為垂直速度、氣溫和氣壓;R=287.05 J·kg-1·K-1，為干空氣氣體常數;cp=1 004.67 J·kg-1·K-1，為干空氣的比定壓熱容。由熱力學方程可知，地表氣溫的局地變化（dT）主要受到水平溫度平流（uT與vT）、大氣垂直運動引起的絕熱變化（ωT）、非絕熱變化（q）的影響。其中，非絕熱變化與地表輻射和熱通量有關。

2 結果與分析

2.1 識別極端低溫空間復合事件

首先分析東亞地區，從年代際、年際、月、候、日時間尺度出發，得到東亞地區極端事件總數的標準化時間序列（圖1），用于選擇最有效的時間尺度。同時，為了得到極端低溫事件數的年代際變化特征，使用Butterworth濾波器對大于10 a的數據進行濾除;對標準化后的時間序列作9點平滑處理，計算9點滑動平均值來近似代替年代際分量。

在年代際尺度研究的基礎上，從圖1a發現，東亞地區冬季極端低溫事件的發生頻數隨著時間的變化而有所減少，且發生極端低溫事件較少的年份主要分布在2000年以后。為了更清晰地判斷極端低溫事件的年際變化情況，對2000年前后的極端事件數分別求平均值并計算差值，得到結果為-12.216 46，且差異顯著。結合月尺度時間分布序列（圖1b），發現極端低溫頻發的年份主要分布在1983年和2010年左右，對應于低溫頻發期。同時，從東亞地區1979—2021年冬季候、日時間尺度極端事件頻數的標準化時間序列（圖1c、d）中看出，極端低溫事件的分布較為分散，各尺度極端事件頻數的分布情況相似。綜上來看，盡管在年際尺度上，東亞極端低溫呈現出減少趨勢，但在較小的月、候、日時間尺度上，近20 a仍會出現非常顯著的極端低溫事件。

結合以上對不同時間尺度極端事件時間序列的研究結果，同時參考極端溫度事件的定義，需要持續至少2 d以上且溫度滿足給定的閾值，最終確定以候時間尺度作為最有效的時間尺度，用于后續極端低溫事件的判斷，該時間尺度既比日時間尺度能夠更好地概括極端低溫的特征，又比更大的月時間尺度、年時間尺度具有更精確的分布。

Lü et al.（2023）使用EOF分解得到歐亞大陸和北美兩個偏遠地區夏季地面氣溫距平在年際尺度上的相關關系。Griffin and Martin（2017）通過時間擴展EOF識別到北太平洋急流變率的兩個主要模態。因此，也對候時間尺度上的北半球冬季逐候最低氣溫進行EOF分解（圖略），主模態為東亞和北美地區同步出現一致的溫度分布，即兩地存在極端低溫的空間復合;計算第一模態時間序列與東亞和北美地區極端低溫時間頻數的候尺度時間序列之間的相關系數，結果分別為0.384 6和0.419 6，均呈現出顯著正相關性。由此證明，冬季東亞和北美地區存在著極端低溫異常的空間復合事件。

進一步分析東亞和北美兩地候尺度極端低溫事件頻數時間序列的相關關系，發現相關系數為0.200 5，且能夠通過顯著性檢驗（圖2）。針對局部相關性，在絕大多數滑動窗口內相關系數為正，多候的相關系數超過0.5，說明兩地具有很高的正相關關系。

從上述分析得知，東亞和北美之間具有極端低溫的空間復合關系，但是兩地對于極端低溫的響應可能不是完全同步的，因此利用超前滯后相關系數判斷兩個時間序列發生演變的相關性。分別計算兩地標準化后的最低氣溫序列與極端低溫事件頻數序列超前滯后7候的相關系數。當橫軸的超前滯后時間間隔τlt;0時，表示東亞地區低溫事件的發生超前于北美地區;反之，則落后于北美。綜合溫度與頻數的結果（圖3），當τ=0時，兩地的正相關系數都很大，響應時間基本一致，說明極端低溫事件基本是同步發生的。

依據標準化后的候尺度時間序列，選擇同時大于東亞與北美地區候尺度極端事件頻數序列1倍標準差的事件作為兩地同步發生的極端低溫空間復合事件，得到的30個事件（圖4）。可以看出，極端低溫事件主要集中在對應事件年次年的第9、10、11、12、13候左右，即1月中下旬至2月上旬。此外，發生極端低溫事件較多的時間與上文分析得到的極端低溫事件年基本一致，包括1982、1983、1984、2006年等，主要集中在2000年以前。

將東亞、北美及前文得到的30個兩地同步發生的極端低溫事件進行合成，并做置信度為95％的顯著性t檢驗。結果顯示，在對東亞與北美極端低溫事件（圖5a、b）進行討論時，兩地部分地區均存在相對氣候態而言的顯著負異常;當東亞和北美之間發生復合極端低溫事件時（圖5c），兩地存在著顯著的溫度負異常，且北美地區的負異常強度更強，東亞的負異常極小值位于45°N附近，而北美主要集中在60°N以北地區，兩地溫度異常的強度在南北方向上存在著非均勻分布。從以上合成分析的結果來看，無論是從單一地區發生極端低溫事件的角度，還是從兩地同步發生極端低溫事件的角度出發，東亞和北美地區都存在著最低氣溫的顯著負異常，說明兩地區總存在著極端低溫空間復合事件。

2.2 極端低溫復合事件發生的影響因子

為了進一步探討極端低溫復合事件發生時的環流特征，本節所有的異常場都是相對于1979—2021年的平均氣候態而言進行討論的，并對結果進行了顯著性檢驗。

2.2.1 環流因子

首先，對兩地同步發生的30個極端低溫事件不同氣壓層的位勢高度場和風場進行分析（圖6），總體來看，冬季位勢高度相較多年平均的異常場和風場表現為從下至上的相當正壓結構。在不同氣壓層中，對流層中高層上出現正位勢高度異常帶，同時伴有4個正異常大值中心的出現;而在東亞和北美地區都出現相對氣候態的顯著負位勢高度異常中心，對應異常的氣旋環流和上升運動，但在850 hPa上，北美地區的位勢高度負異常顯著于東亞地區，與北美更為顯著的溫度負異常相對應;這些正負位勢高度異常中心的交替分布近似呈現Rossby-4波特征，與Kornhuber and Messori（2023）定義的北半球冬季環流的基本模式相一致，這種大尺度環流的異常可能也是造成極端低溫空間復合事件發生的重要原因之一。正負異常中心的存在使得中緯度槽脊結構更加波動，東亞大槽與北美大槽加深南移，兩地均位于槽前脊后，盛行偏北氣流，有利于北方冷空氣的南下，造成東亞和北美地區氣溫的下降。

此外，從200 hPa風場分布來看，東亞和北美地區的東南部都分布有風速的大值區域，這可能與高空急流有著密切關系。因此，對高空急流展開進一步研究。已知對流層上層全風速大于30 m／s的區域即為高空急流區（圖7），發現在東亞東南側的西太平洋上和北美東南側的大西洋西岸都有高空急流存在且異常強盛。通過疊加氣候態急流軸，發現兩地上空的高空急流位置均沒有發生顯著變化，大西洋西岸的急流稍有逆轉，急流強度相較氣候態而言都有明顯增強，這與Woollings et al.（2018）得到的結論一致。

為進一步探究東亞與北美地區高空急流的強度變化情況，對兩地范圍內的全風速氣候態及相應的異常做垂直經向剖面，并取兩地經向范圍內的平均值。

圖8a中，對比全風速的多年平均態，全風速異常所對應的兩個大值中心分別位于300 hPa氣壓層的30°N和45°N左右，急流軸與風速顯著正異常中心基本重合，風速的負異常分布在其南北兩側，呈三極風異常模式，該“-+-”的全風速異常模式對應先前研究中大直急流群的特征，有利于東亞地區冬季極端低溫事件的發生（Zhao et al.，2023）。圖8b中，在200 hPa的25°N和150 hPa的50°N左右有兩個全風速異常中心，急流軸位于風速正負異常的交界處，其南側有異常風速的減小，北側有異常風速的顯著增加，主要模態近似小斜急流群特征，有利于北美地區發生極端低溫事件（Zhao et al.，2023）。綜合以上結果可知，東亞和北美地區復合極端低溫事件的發生與中高層位勢高度的顯著負異常及高空急流的異常增強都有緊密的聯系。

與此同時，有研究表明，加深的大槽與增強的高空急流能夠增強東亞與北美上空的經向環流，促使冷空氣的爆發，使得兩地極端低溫事件同步發生（Dunn et al.，2020）。因此，對兩地發生極端低溫事件時的經向環流及垂直運動情況進行分析。已知冬季經向環流圈的上升支位于赤道，下沉支位于副熱帶地區。副熱帶急流下方的垂直運動主要受Hadley環流的下沉支所控制，結合次級環流的影響，對比全球緯向平均所呈現出的明顯的三圈經向環流（圖9a），在東亞和北美地區發生極端低溫空間復合事件時，東亞地區西太平洋上空高空急流北側的下沉運動加強，南側的下沉運動減弱并存在較強盛的上升運動（圖9b），北美地區高空急流的北側呈現出大范圍的相較多年平均垂直速度的負異常特征（圖9c），在兩地緯向平均的經向分布中非常顯著，這對兩地氣溫的降低起到了促進作用。垂直速度異常的經向分布在東亞45 °N南北范圍內呈現出正負值交替分布特征，影響東亞地區經向極端低溫分布的不均勻性；北美地區垂直速度異常在60 °N以北分布有多個上升運動的異常中心，造成北美60 °N以北地區大范圍的極端低溫。同時，可以發現東亞與北美緯向平均的經向環流特征在兩地分布得更加明顯，30 °N以北的東亞范圍和45 °N以北的北美范圍內各氣壓層均有穩定且深厚的氣流自高緯度向低緯度輸送，有利于高緯度冷空氣的南下，使得東亞和北美地區氣溫下降。

2.2.2 熱力學因子

由上述分析可知，在極端低溫事件發生時東亞與北美地區的經向運動特征異常顯著，因此經向輸送的溫度平流分量可能是造成兩地發生復合極端低溫事件的主要原因。由此參考熱力學方程，分析水平溫度平流、垂直運動引起的絕熱變化、非絕熱變化對兩地區溫度變化的影響。從結果來看，溫度平流的經向輸送對東亞地區起到正貢獻的作用（圖10b），結合溫度平流的緯向輸送（圖10a），東亞地區依然有很強的負溫度平流（圖10c），同時伴隨有很強的偏北風，有利于東亞地區溫度的降低;而在北美地區，溫度平流的經向輸送則是其發生極端低溫天氣的原因之一。非絕熱項（圖10f）在東亞和北美地區存在負值中心，對兩地溫度的降低也起著有利作用，使得局地變化項（圖10d）在兩地的關鍵區域內有負值區域。

為了更直觀地判斷熱力學方程各項對于東亞和北美地區極端低溫事件的貢獻程度，對兩地關鍵區域內的各項求和再做區域平均，得到每項的貢獻分布（圖11）。可以看出，溫度的局地變化項在東亞和北美的關鍵區內均為負值，說明兩地溫度在極端低溫事件發生時都有降低。對于東亞地區而言，溫度平流項對區域溫度的降低有正貢獻，特別是經向溫度平流;對于北美地區而言，經向溫度平流、絕熱冷卻都對北美低溫起到正貢獻;非絕熱變化項對東亞和北美兩地都有著顯著正貢獻。根據以上分析結果，東亞和北美上空的非絕熱冷卻和溫度平流的經向輸送項都是影響兩地極端低溫事件發生的重要原因。

3 結論與討論

本文重點研究東亞與北美地區冬季同步發生的極端低溫空間事件，尋找極端低溫空間復合事件的主要特征及可能機制，得到如下結論：

1）在對東亞地區極端低溫事件頻數進行年際尺度分析時發現，2000年以后極端低溫事件數呈減少趨勢，但在較小時間尺度上，近20年仍會出現非常顯著的極端低溫事件。參考極端事件的定義，最終確定候時間尺度為本研究最有效的時間尺度。從冬季最低氣溫的EOF分解結果來看，第一模態空間場中東亞與北美的氣溫分布具有一致性，對應的時間序列與兩地極端低溫事件頻數的候尺度序列高度相關。通過計算兩地的局部同步性和超前滯后相關系數，發現兩地的極端低溫事件具有同步發生性和正相關關系。同時，對兩地發生極端低溫的事件進行合成分析，兩地的氣溫分布具有相較氣候態而言的顯著負異常。

2）在分析極端低溫空間復合事件發生的影響因子時，從緯向環流角度分析，東亞和北美地區都出現相對氣候態的顯著負位勢高度異常中心，對應異常的氣旋環流，且正負異常中心近似于特征Rossby-4波分布。在東亞東南側的西太平洋上和北美東南側的大西洋西岸都有高空急流存在，較氣候態而言強度偏強、位置基本不變。同時，從經向環流角度分析，東亞和北美地區都存在明顯的經向環流特征，有利于高緯度向低緯度輸送冷空氣，并伴隨有顯著的上升運動負異常，對兩地氣溫的降低起推動作用。結合熱力學方程可知，經向溫度平流與非絕熱冷卻項對極端低溫事件的發生有正向貢獻，是影響兩地極端低溫事件發生的重要影響因子。

盡管研究發現，東亞和北美地區極端低溫空間復合事件整體相關性及其成因的一致性較好，但事實上，兩地溫度影響還存在一定的區域差異，對應垂直速度異常的經向分布等影響因子在南北方向上存在著非均勻分布。本研究只針對東亞與北美地區的冬季極端低溫復合事件進行了分析，后續可以繼續討論其他情況的極端溫度復合事件，希望能夠建立起對北半球各類極端溫度事件空間復合的完整認識。此外，本研究主要從極端低溫出發探討空間復合事件的環流成因，從位勢高度的正負異常情況來看，冬季北半球存在近似Rossby波特征分布，與Rossby-4波比較相似，有待進一步探討。后續可以先從波事件出發尋找極端溫度空間復合事件，探究低溫事件與高振幅事件之間的聯系。

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·ARTICLE·

Wintertime concurrent cold extremes between North America and East Asia：dynamics and linkage with jet streams variability

ZHOU Wangchu HUANG Danqing YAO Suxiang2

School of Atmospheric Sciences，NanjingUniversity，Nanjing 210023，China;

2School of Atmospheric Sciences，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China

Abstract In recent decades，the Northern Hemisphere has experienced frequent temperature extremes that have significantly influenced human well-being，socioeconomic stability，and ecological systems.Among these，concurrent cold extremes have concurrently occurred across multiple regions and have drawn increasing attention，often linked to variations in jet stream dynamics.Despite growing interest，most studies have focused on individual events，leaving a limited understanding of the mechanisms driving concurrent temperature extremes across regions.This study focused on the characteristics and possible mechanisms of concurrent cold extremes in East Asia and North America during winter from 1979 to 2021，using the Climate Prediction Center minimum surface air temperature dataset and the NCEP／NCAR reanalysis dataset.Cold extremes were defined as daily minimum temperatures falling below the 10th percentile at each grid point，and their frequencies were analyzed across different time scales.The East Asia （73°—145°E，4°—53°N）and North America （160°—12°W，25°—75°N）were selected as the dominant study regions.The results show that concurrent cold extremes between East Asia and North America predominantly occurred on a pentad time scale.While the frequency of such events has shown a decreasing trend since 2000，significant concurrent cold extremes continue to occur on smaller time scales.Synchronicity between the two regions was confirmed through lead-lag correlation coefficients analysis，highlighting a robust connection.Further analysis of the atmospheric circulations and thermodynamic conditions during concurrent cold extremes identified key mechanisms.Zonal circulation patterns showed enhanced jet streams over the western Pacific Ocean and the West Atlantic Ocean，accompanied by negative geopotential height anomalies.These anomalies formed a Rossby wave-4 pattern，facilitating cold air advection from high latitudes to low latitudes.Meridional circulation analysis supported this，demonstrating the role of jet stream variations in transporting cold air masses.From a thermodynamic perspective，meridional temperature advection and non-adiabatic cooling emerged as the two most significant contributors to concurrent cold extremes in East Asia and North America.These findings provide new insights into the dynamics of concurrent cold extremes in the Northern Hemisphere and highlight the critical role of jet stream variability.Regional differences in temperature impacts between East Asia and North America were noted and need further investigation.Additionally，the resemblance of geopotential height anomalies to a Rossby wave-4 pattern suggests a need for further exploration of the underlying wave dynamics.This study advances the understanding of concurrent temperature extremes and their linkage to atmospheric circulation，offering a foundation for future research and prediction efforts.

Keywords spatially compound cold extremes;upper-level jet streams;circulation characteristics;thermodynamic equation;composite analysis

DOI：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20241001001

（責任編輯：劉菲）