2000年以来,全球增暖过程中出现了增暖速度减缓的阶段性特征,部分学者称之为“全球增暖的停滞（Global Warming Hiatus）”。同期,欧亚大陆冬季冷事件频繁发生。由此,气象工作者再度将注意力转向关于冬季低温事件的研究。对冬季低温事件研究必然会涉及如下的一些科学问题:（1）如何客观识别区域性低温事件（Regional Low Temperature Event,RLTE）,近50多年RLTE具有怎样的时空演化特征,与“全球增暖”和“全球增暖的停滞”之间存在何种联系?（2）RLTE本身形成的物理机制是什么?即如何建立RLTE与欧亚阻塞流型等环流系统异常、气候指数异常和极区系统异常之间的联系,如何解释北太平洋海温等外部强迫对RLTE形成的作用?（3）近十多年冬季RLTE频繁发生的成因是什么?即暖背景与冷背景下的频发有何异同,是否发生、出现了东亚地区冬季气温变化的新机制?围绕上述科学问题,本论文基于“基础方法—时空演化特征—形成机理—频发成因”这一条主线开展了系列相关的研究,得到了一些有意义的结论:（1）理论和方法研究作为本论文的基础。首先,我们发展了一种适合RLTE的客观识别方法,该方法考虑了单站点极端低温事件的阈值,极端低温发生后的时间持续性和空间重叠性,能够有效识别具有时空持续性特征的低温事件。同时,定义了事件逐日和过程两组指标,前者用于描述事件逐日演化特征,后者用于刻画RLTE的整体特征。结合事件的极端强度、持续时间和影响面积,定义了综合指标用于刻画事件的整体特征。另一方面,利用事件同步法构建了东亚地区极端事件的复杂网络,并在此基础上建立了快速简单的非线性预测模型,该模型有别于传统的动力模型,是一种考虑邻近格点间相互作用的统计模型,适合于极端低温、高温和极端强降水事件,尤其适合具有时空持续性的区域性事件的预测。（2）从时间演化和空间分布两个方面共同揭示了近50年RLTE的主要变化特征。就趋势变化特征而言,自1960年以来RLTE的年平均强度和发生频次均呈减弱的趋势,尤其在1985-1988年期间,存在距平位相由负转正的调整,1990s后期以后减弱的趋势变化有所减缓,2010末RLTE的发生频率和强度有所增加。RLTE的这种趋势变化特征主要是由占事件总数10%的持续时间长和影响范围广的极端等级RLTE作用的结果。就空间分布特征而言,RLTE对应的几何中心主要集中于南北两个纬度带,分别为30°N和42°N附近。1980s中期之前,两个集中发生带并存特征较显著,1980s之后北方的频发带显著减弱,这可能与中国北方显著增暖相联系。就RLTE本身的空间分布特征而言,近60年的强RLTE大致可以分为六类:分别是全国型、东部型、东北-华北型、华北-华南型、北方型、西北-华南型。其中,全国型共20次,东部型共15次,东北-华北型共5次,华北-华南型共7次,北方型共3次,西北-华南型共10次。六种类型的RLTE与500h Pa高度场和850h Pa风场异常均有较好的匹配关系。（3）RLTE成因的研究揭示了气候因子异常、阻高系统异常和极区环流系统异常是RLTE发生的主要诱因。分析和研究发现,1)中纬度地区异常持续的阻高环流型,尤其是乌山地区的异常正距平和北太平洋区域的异常负距平的持续,造成西高东低的环流形势。副热带区域的高度场负距平则又造成北高南低的环流型,从而有利于北方的冷空气持续不断的南下影响中国的大部分区域。同时,前期平流层的增温,极地区域向下的EP通量输送,在对流层低层为异常辐合,高度场从平流层到对流层底部均表现出一致的正异常,造成AO持续稳定的负异常特征,从而有利于中纬度西风减弱,东传的罗斯贝波速度减慢、异常中心相对稳定,进而有利于持续时间长、影响范围广的低温事件发生。2)乌山、贝湖和鄂海中某一区域出现持续正异常与RLTE发生的对应概率大于0.8,与持续15天以上RLTE的对应概率大于0.92,即相互之间有着紧密的联系。三个阻高区域的正异常组合包括7种类型:乌山型、贝湖型、鄂海型、乌山-贝湖型、乌山-贝湖-鄂海型、乌山-鄂海型、贝湖-鄂海型。不同模态对应的RLTE有所差异,其中乌山-贝湖-鄂海型对应事件的平均持续天数达15.3天,平均综合指标达2.0,是4类组合型中最强,空间范围以华北-华南型为主。乌山-鄂海型平均持续天数为9天,是四类事件中持续时间最短,强度最弱的,其空间范围以华北-华南型为主。此外,4类组合型模态正异常均不同程度超前于RLTE出现。最大超前天数多为15天,平均超前天数为1-8天,其中乌山和鄂海易较早出现正异常。3)就气候指数异常而言,NPO指数异常偏小、NINO3.4指数异常偏低、亚洲区极涡强度和面积、AO指数异常偏小和冬季风指数偏强出现异常情况时,发生RLTE的概率较高。其中,NPO指数,NINO3.4指数,AO指数和冬季风四种指数的冬季平均值达到15%（或85%）极端阈值的年份中,发生极端RLTE的百分比均超过60.0%。（4）揭示了暖背景与冷背景下RLTE频发期的大气环流和外部强迫的异同点。2008-2012年期间,RLTE同期的环流异常特征更类似于1960s的情况,主要表现为:500 h Pa高度场中存在异常明显的北高南低的阻塞形势,东亚大槽偏深、强度偏强;300 h Pa纬向风距平场表现为西北-东南方向的倾斜波列,即两个频发期的东亚冬季风均较强;SLP中都表现为极区的海表气压高,而欧亚大陆海表气压低的负位相特征,有利于形成全国型的RLTE。此外,RLTE频发期对应的冷阶段（1960s-1970s）和暖阶段（2008-2012年）的冬季环流背景的主要差异则体现在冷阶段为AO的弱负位相,欧亚北部和极地均偏冷;暖阶段为AO的强负位相,极地偏暖,欧亚北部地区偏冷的特征。换而言之,近年来RLTE频发对应的同期异常与1960s是类似的,但对应冬季环流却存在极地区域异常偏暖,AO负位相异常偏强的新特征。研究东亚北部地区RLTE连续多年频繁发生的同时,本文还揭示了该区域气温变化的一种新的特征,即冬季气温偏低,夏季气温偏高,次年冬季气温再次升高的特征。我们将其定义为气温变化的冬季-冬季再现机制（WWR）。近60年中,气温表现为WWR型的年份共计23年,出现概率接近40%,且WWR特征独立于ENSO指数的变化而存在。通过对典型年WWR对应的冬季、夏季位势高度场、风场和垂直速度场的合成分析,验证了与其相匹配的大气环流异常特征。此外,WWR现象的出现,很可能是PDO和AO指数共同作用的结果。PDO持续正（负）位相的稳定特征为连续两个冬季的高（低）气温提供了稳定的气候背景场,而AO在冬季到夏季的季节变化特征,则起到了从大气的内部过程来调节中纬度地区气温的作用,从而造成冬季到夏季气温距平的反转。