中纬度地区极端寒冷的历史性事件本质上比异常热浪更少见

《Weather and Climate Extremes》：Historical spells of extreme cold are inherently less frequent than exceptional heat waves at mid-latitudes areas

　　

极端寒冷事件的发生预计会随着气候变化而减少，但由于其对健康、农业和基础设施的影响，它们仍将是社会需要面对的问题。即便这些事件越来越少，此类事件的爆发仍会引发公众质疑，并干扰他们对气候变化的感知。研究人员使用一种称为TTA（Temperature Tail Asymmetry，温度尾不对称性）的非常简单的非对称指标，该指标适用于冷热极端分析，以“通常”极端事件为参照，分析了此类“异常”或“历史性”事件。研究人员发现，特别是在北半球的中纬度地区，极端寒冷的历史性事件本质上比异常热浪更少见。这一特征与气候变化无关，是温度波动的固有特性，归因于大气环流、极涡特征和地理格局的属性。

**论文解读：中纬度地区冷热极端事件不对称性的量化分析**

**研究背景与问题**
极端温度事件对人类社会和自然系统影响深远。尽管全球变暖导致热浪日益频繁，但极端寒冷事件仍造成更高的死亡率和社会破坏，尤其在冬季对中纬度地区医疗系统构成压力。然而，现有研究多聚焦于热浪，对冷极端事件关注不足。公众对气候变化的认识常受近期极端事件影响，如罕见寒潮可能削弱对全球变暖的感知，或反之强化对现实的理解。此外，历史数据显示，中纬度地区（如巴黎）的极端寒冷记录与通常极端值之间的差距（Δn）远大于热极端（Δx），表明冷极端“更遥远”。但这是否意味着冷极端更易发生？研究人员发现，现有研究未系统对比当代气候距离其历史冷热极端值的接近程度。因此，本研究旨在量化这种不对称性，解释为何历史性寒冷事件本质上比历史性热浪更少见，并探讨其与气候变化的关系。论文发表在《Weather and Climate Extremes》。

**研究方法概述**
研究人员利用全球再分析数据集ERA5（1940–2025年，0.25°分辨率）、欧洲区域数据集E-OBS（1950–2025年，0.1°分辨率）和美国NCDC数据集（1951–2025年，0.04167°分辨率），并选取六个观测站点（巴黎、拉布雷维纳、奥斯陆、纽约、明尼阿波利斯、旧金山）作为实例。核心方法为定义“通常极端”（第1百分位TN_1p和第99百分位TX_99p）与“历史极端”（第0.1百分位TN_0.1p和第99.9百分位TX_99.9p），计算指标Δ_n = TN_1p ? TN_0.1p和Δ_x = TX_99.9p ? TX_99p，进而得出TTA = Δ_n ? Δ_x。通过线性去趋势（detrend）分析气候变化的贡献（δ = TTA_raw ? TTA_det）。

**研究结果**
**2.1 日最高温（TX）和最低温（TN）趋势分析**：基于ERA5全球数据，1940–2025年间TX和TN均呈显著正趋势，陆地增温强于海洋，北半球高纬度增温尤为突出。TN趋势强于TX，表明夜间变暖更快，这与温室气体驱动的向下长波辐射增加及云量变化有关。欧洲和美国区域数据显示，TN中位趋势分别为0.033°C/年和0.023°C/年，TX中位趋势为0.019°C/年和0.031°C/年。局部区域（如东亚）出现微弱负趋势，可能与气溶胶强迫有关。

**2.2 全球尺度TN和TX分析**：通过概率密度函数（PDF）比较1940–1969年与1996–2025年两个气候期，发现近期分布整体右移，冷尾显著收缩（罕见寒冷夜晚），热尾增厚（极端热日更频繁）。偏度（skewness）持续为负，表明冷侧偏差仍占主导；峰度（kurtosis）低于高斯值3，且随时间变化不大，说明极端事件发生频率的统计形状保持稳定。南半球近南极区域负偏度更强，峰度更高，反映冷尾主导且分布更尖锐。沿海地区偏度和峰度值较弱，显示海洋缓冲作用。

**2.3 欧洲和美国TTA指标**：针对六个站点计算逐年TTA（30年滑动窗口），结果显示TTA大部分时间为正，仅旧金山为负。例如，拉布雷维纳的Δ_n和Δ_x中位数分别为11.1°C和4.9°C，冷极端距历史纪录的距离是热极端的2倍以上。基于格点数据集，欧洲除西南部（葡萄牙、爱尔兰、布列塔尼）和地中海沿岸TTA为负外，内陆地区（如波兰、白俄罗斯）TTA常超过+4°C；美国除加州沿海为负外，落基山脉和阿巴拉契亚山脉TTA>5°C。气候变化指标δ（中位数约0.01°C）显示去趋势前后TTA几乎无变化，表明气候变化对TTA影响微弱。

**2.4 全球视角TTA指标**：全球TTA分布显示，北半球中纬度大陆（如欧亚内陆、北美）TTA正值高，南半球绝对值低，海洋区域接近零。南半球60°S以南至南极大陆TTA为正，而澳大利亚南部TTA为负。随时间演变（30年滑动窗口），TTA各百分位曲线平坦，无显著趋势，进一步证实气候变化对TTA影响有限。

**讨论与结论**
讨论部分解释不对称性成因：北半球极涡不稳定、大陆冷空气向低纬度扩散导致冷极端更易发生，但热极端更接近“通常极端”值；南半球极涡稳定、海洋主导，TTA低。冷洋流（如加利福尼亚、本格拉、洪堡、加那利洋流）沿岸因海洋调节，TTA转负。干燥大气（如山地、沙漠）通过强辐射冷却产生极端低温，导致高TTA，而湿润热带地区TTA低。社会影响上，高TTA区域（如深蓝色区域）居民对热极端更适应，但对罕见冷极端准备不足，易引发基础设施崩溃。

**研究结论翻译**：
本研究的目的是量化罕见历史性冷热地面温度极端事件之间的不对称性，以通常极端事件（典型年记录）的分布为参考。据研究人员所知，这是首次通过引入TTA指标揭示这种系统性失衡，该指标可实现两类极端事件的客观比较。分析表明，在美国和欧洲，历史性热极端事件通常比历史性冷极端事件更接近其对应的通常极端事件。在北半球，削弱后的极涡有利于异常寒潮向南入侵，有时低至30°N。空间格局表明，高TTA值区域（深蓝色区域）的居民本质上更适应历史性热极端，而非冷极端，仅因热极端发生更频繁，更接近历史纪录。去除长期温度趋势后，气候变化对TTA影响有限。由于TTA定义为差值之差，平均温度相互抵消，残差波动仅受微弱影响。这意味着中纬度地区，极端寒冷事件历史上一直比极端温暖事件更罕见，且很大程度上独立于当前气候变化。尽管难以确定单一机制，但半球对比凸显了大尺度大气环流、极涡特性、海陆分布及区域地理的影响。TTA普遍为正，因为辐射约束收紧冷尾，而水汽-辐射反馈和陆-气耦合拓宽热尾。该结论适用于过去和现在气候，但未来轨迹可能因温室气体排放路径而不同。