本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国基本基准站地面气温均一化数据集，将冬半年一次降温过程中至少有一次24 h内平均温度的降幅大于等于10℃定义为强冷空气标准，采用改进后的三维风速轨迹倒推方法，追踪分析了1970-2013年入侵中国北方地区的强冷空气路径。由于入侵不同地区的强冷空气路径和活动特征不同，因此本文首先对入侵中国北方的强冷空气进行分区处理，然后对入侵不同地区的强冷空气路径进行分类，并着重讨论了不同路径强冷空气活动的区域性和持续性气候特征，初步分析了冷气团移出极区的机制，并讨论了各类路径强冷空气对应的大气环流特征。最后，利用CMIP5模式历史模拟结果，评估了中国西北地区与其他地区由于冷却机制差异导致的模式模拟偏差。主要结论如下:　　(1)在研究的43个冬半年内，根据强冷空气标准，北方地区共入侵了1138次强冷空气。入侵内蒙地区的共计469次，其中西北路径303条、偏北路径118条、偏西路径32条、奇异路径16条。入侵东北地区的共计418次，其中西北路径230条、偏北路径101条、偏西路径75、奇异路径12条。入侵西北地区的有251次，其中偏西路径143条、西北路径88条、奇异路径20条。　　(2)总的来说，北极圈上40～120°E范围是入侵中国北方的强冷空气主要源地，比较了各类路径冷气团移出极区当天的环流场，发现差异主要在80°E以东及以西。当AO为负位相:AO指数越小(大)，源地位于80°E以西的冷气团位温越低(高);NAO为低指数态时，北冰洋的冷气团易从80°E以西源地出极区;NAO指数为高指数态时，伴随西伯利亚高纬地区高压活动，冷气团易从80°E以东出极区。此外130°E以东的源地分布与鄂霍次克海附近气旋活动有关。　　(3)总数中59％的强冷空气是北半球高纬地区冷气团随东亚冬季风南下所致，以西北路径入侵中国内蒙、东北地区，以偏西路径入侵西北地区，因其南侵能力较弱，主要影响中国北方地区。总数中7％的强冷空气爆发需要西伯利亚高纬地区偏冷，同时中亚地区形成东移发展的暖高压，以偏西路径入侵中国东北地区，因冷气团较弱，主要影响中国东北地区。总数中27％的强冷空气受乌拉尔山地区暖高压影响，分别以偏北路径入侵内蒙、东北地区，以偏西路径入侵西北地区，易在中国东部地区造成异常低温。总数中3％的强冷空气受欧洲东部暖高压与AO负位相变化影响，以偏西路径入侵内蒙地区，在中国西北地区易造成异常低温，在南方地区易形成持续3d以上的冷害。1970-2013年，前述占总数59％、7％的强冷空气频数明显减少，而分别占总数27％、3％的强冷空气频数则略有增加，这揭示了伴随气候变暖，强冷空气导致的异常低温强度没有明显减弱及强冷空气频次北减南增的原因。　　(4)比较了不同路径强冷空气向下游地区的传导过程，从降温峰值角度归纳来说，爆发前1天，各区出现冷平流，温度距平开始减小，冷空气前锋到达更低纬度时相对浅薄，同时由于这些地区存在气温暖距平，导致各区域内盛行上升运动，云覆盖率增加，非绝热项起增暖作用(潜热释放和减少辐射冷却)，减弱了垂直项、冷平流的冷却作用。爆发当天，冷平流导致气温大幅下降，同时地面冷高压到达，盛行下沉运动，晴空导致辐射冷却作用增强，抵消了下沉增暖作用后，降温幅度达到最大。爆发后1天各区温度距平达到最小，之后冷维持机制主要是由非绝热项、冷平流共同减缓垂直项的增暖作用。水平平流项、非绝热项、温度距平与温度变化项呈明显正相关关系，相关系数从北向南逐渐减小，垂直输送项与温度变化项的相关系数在北方区域为负，在南方区域为正，这是由于冷气团向南侵袭时地形的变化会提高热力和动力过程的空间变异，导致热量收支各项变化幅度改变。此外，相关分析结果表明，粗分辨率计算得到的垂直输送项与其他项具有物理一致性。　　(5)西北地区强冷空气爆发后，非绝热项是主要的冷却项，冷平流持续时间短，这与入侵中国北方其他地区的强冷空气主要由冷平流导致降温的冷却机制不同。相关分析表明，垂直输送项与区域温度明显呈正相关关系，非绝热项与区域温度呈负相关关系，与入侵其他地区的情况相反。由于入侵西北地区强冷空气特有的冷却机制，导致CMIP5模式在西北地区模拟强冷空气活动效果最差。模式对东北地区的强冷空气活动模拟效果最好，其中CanESM2模拟出了从1970年代到1980年代中期强冷空气频次的减少趋势，MIROC-ESM模拟出了从1990年代初期至2005年频次先增加后减少的变化趋势。