本研究由Haokun Bai、Haibo Hu、Xuejuan Ren、Xiu-Qun Yang、Yang Zhang、Kefeng Mao和Yihang Zhao等人完成，主要作者来自南京大学大气科学学院气候与全球变化研究院及国防科技大学前沿交叉学科学院。文章发表于 *Journal of Geophysical Research: Atmospheres*，2023年，第128卷，文献号为e2022JD037341。该研究系统探讨了冬季东海黑潮海表温度锋（Kuroshio SST front）对中国南方冬季强降水事件的影响，尤其关注高频风-降水耦合变率事件（HV-WCP事件）在这一过程中的关键作用。
从学术背景来看，中国南方冬季降水虽然总体弱于春夏季，但对农业、能源、交通和通信等社会经济领域的影响极为显著。已有研究指出，南方冬季降水受东亚冬季风、MJO、ENSO以及区域大气环流等多重因子调控。与此同时，黑潮海表温度锋作为中尺度海气相互作用的关键区域，能显著影响局地大气边界层结构、热通量和降水分布。然而，此前关于黑潮海表温度锋对南方冬季强降水及持续性低温降水灾害的具体影响尚缺乏深入分析。因此，本研究旨在揭示黑潮海表温度锋与中国南方冬季强降水事件之间的物理联系，探讨HV-WCP事件在其中所起的桥梁作用，并进一步评估其对2008年初南方持续性低温雨雪冰冻灾害的可能贡献。
在数据与方法上，研究采用了多源资料。降水分析使用了1979–2019年冬季的ERA5逐小时再分析资料、1998–2019年冬季的TRMM 3B42v7卫星降水资料以及中国756站逐日降水观测资料。黑潮海表温度锋位置依据Bai等人（2019）的方法确定。研究定义了HV-WCP事件为冬季黑潮海表温度锋区域近地面风高频变率与降水耦合的事件，并以HV-WCP指数表征其强度。强降水定义为日降水量超过75%分位数的格点或站点。研究进一步定义了“C事件”，即一次强HV-WCP事件之后连续出现超过3天的弱HV-WCP事件。为理解水汽输送过程，计算了整层水汽积分输送（IVT），并将水汽输送按边界层和中高层分别考察。为了定量评估黑潮海表温度锋的贡献，研究利用WRF 3.9.1模式设计了四组20年冬季（2000–2019）的高分辨率数值试验：控制试验（CTL）、平滑海温试验（SMST）、冷均匀海温试验（COLD）和暖均匀海温试验（WARM）。每组试验包含三个集合成员，以增强信噪比。此外，还利用锋生函数分析了降水过程中锋生强度的演变。
从结果来看，观测分析首先表明，中国南方与黑潮海表温度锋及其暖侧是冬季气候态降水和强降水的两个核心区域。强HV-WCP事件期间的降水分布与冬季平均强降水分布高度相似，二者相关系数达0.841，通过99%置信度检验。强HV-WCP事件发生时，背景冬季风减弱，导致感热和潜热通量减弱，黑潮锋两侧的海洋大气边界层高度（MABL）下降，但暖侧下降更明显，从而增强MABL高度梯度。这一梯度使水汽从暖侧跨越边界层顶进入自由大气，形成显著的水汽辐合，导致强降水。在时间演变上，强HV-WCP事件前一天，由于大尺度冷暖空气辐合，锋生强度在中下游长江流域显著增强，初始降水首先出现在该区域。随后降水系统随背景冬季风向东南移动，当进入黑潮海表温度锋区域后，降水释放的潜热强迫低层气旋性环流和正涡度异常，增强东南风异常，进一步将暖侧水汽向冷侧和自由大气输送，形成局地环流-水汽-降水之间的正反馈过程，使降水显著增强并在当地时间06时达到峰值。增强后的层状降水带进一步向中国南方扩展，加强当地强降水。
数值模拟结果进一步验证了观测结论。与CTL试验相比，SMST、COLD和WARM三组敏感性试验在黑潮海表温度锋区域的HV-WCP指数均减少约50%，表明黑潮海表温度锋强度对HV-WCP事件强度具有重要作用。冷、暖均匀海温试验的结果相似，说明起关键作用的是海温梯度而非海温本身。在敏感性试验中，黑潮海表温度锋暖侧的边界层高度明显下降，冷侧有所上升，导致MABL高度梯度显著减弱甚至接近零。伴随这种边界层结构的改变，中国南方和黑潮锋区域的降水显著减少，进一步证实了MABL高度梯度在水汽输送和强降水形成中的关键作用。
针对2008年1月10日至2月11日中国南方持续性低温雨雪冰冻灾害的分析显示，灾害期间出现了三次显著的低温降水过程，每一次过程均表现为强HV-WCP事件后跟随连续多日的弱HV-WCP事件。强事件对应降水或降雪日，弱事件对应持续性降温日。强HV-WCP事件期间，来自黑潮暖侧的水汽在MABL内显著向中国南方输送并形成水汽辐合；随后的弱事件期间，增强的冬季风将冷空气持续输送至南方，冷暖空气在南方长时间对峙，导致持续性低温降水灾害。与以往研究强调印度洋水汽输送不同，本研究通过对整层和边界层水汽输送的对比以及拉格朗日水汽追踪，发现灾害期间来自黑潮暖侧的边界层水汽输送对于中国南方强降水更为关键。年际尺度相关分析表明，黑潮锋区域C事件数量与长江中下游地区持续性低温降水日数呈显著正相关，说明C事件可作为中国南方冬季持续性低温降水灾害的潜在预测指标。
本研究的结论指出，黑潮海表温度锋通过调节MABL高度梯度和局地环流-降水正反馈过程，不仅影响局地降水，还能显著影响中国南方冬季强降水。强HV-WCP事件与弱事件的不同组合决定了南方降水与降温过程的交替发生，C事件则是持续性低温降水灾害的重要触发与维持因子。该研究揭示了黑潮海表温度锋在南方冬季极端天气事件中的重要作用，为改进中国南方冬季强降水和低温灾害的预测提供了新的视角和潜在预报因子。
文章的亮点包括：首次系统建立了黑潮海表温度锋HV-WCP事件与中国南方冬季强降水之间的定量联系；指出大多数南方冬季强降水的水汽来源可追踪至黑潮锋暖侧边界层跨界面输送；揭示了强-弱HV-WCP组合事件（C事件）与南方持续性低温降水灾害之间的物理机制与统计关系，并以2008年初的极端灾害为例进行了验证。数值模拟采用了平滑海温、冷均匀海温和暖均匀海温三类敏感性试验，有效区分了海温梯度与海温绝对值的影响，是该领域方法上的一个特色。
该研究将中尺度海气相互作用与区域极端天气气候事件联系起来，为理解中国南方冬季强降水及持续性低温灾害的形成机制提供了新的理论支撑，并具有潜在的业务预报应用价值。