如果可以保证X并且Z仅在组中出现一次，则可以使用groupbyandpd.concat操作：
new = df[df.col_2.isin(['X', 'Z'])]\
.groupby(['col_1'], as_index=False).sum()\
.assign(col_2='NEW')
df = pd.concat([df, new]).sort_values('col_1')
df
col_1 col_2 col_3 col_4
0 a X 5 1
1 a Y 3 2
2 a Z 6 4
0 a NEW 11 5
3 b X 7 8
4 b Y 4 3
5 b Z 6 5
1 b NEW 13 13
602392714
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