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第 55 卷 第 2 期2012 年 2 月地 球 物 理 学 报CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICSVol.55,No.2Feb.,2012左 金 清 , 李 维 京 , 任 宏 利 等 . 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析 . 地 球 物 理 学 报 ,2012,55(2):384395,doi:10.6038/j.issn.00015733.2012.02.003.ZuoJQ,LiWJ,RenH L,etal.ChangeoftherelationshipbetweenspringNAOandEastAsiansummermonsoonanditspossiblemechanism. 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 . 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 .(inChinese),2012,55(2):384395,doi:10.6038/j.issn.00015733.2012.02.003.春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的转 变 及 其 可 能 成 因 分 析左 金 清1,2, 李 维 京 1, 任 宏 利 1, 陈 丽 娟11 中 国 气 象 局 气 候 研 究 开 放 实 验 室 , 北 京 1000812 半 干 旱 气 候 变 化 教 育 部 重 点 实 验 室 / 兰 州 大 学 , 兰 州 730000摘 要 本 文 的 相 关 分 析 表 明 , 在 1948~2009 年 期 间 东 亚 夏 季 风 (EASM) 与 前 期 春 季 (4~5 月 ) 北 大 西 洋 涛 动(NAO) 之 间 存 在 显 著 的 年 际 相 关 关 系 , 但 这 种 关 系 具 有 明 显 的 年 代 际 变 化 特 征 , 即 在 1970s 发 生 了 由 正 相 关 到 负相 关 的 转 变 . 进 一 步 的 合 成 分 析 指 出 , 春 季 NAO 与 EASM 之 间 年 际 相 关 关 系 的 转 变 , 与 春 季 和 前 期 冬 季 (12~3月 ) 北 大 西 洋 海 盆 尺 度 的 海 气 耦 合 模 , 即 NAO 海 温 异 常 (SSTA) 三 极 子 耦 合 模 的 影 响 作 用 密 切 相 关 . 春 季 NAO 异常 对 EASM 年 际 变 化 的 影 响 主 要 依 赖 于 前 者 所 激 发 的 SSTA 三 极 子 模 态 由 春 季 到 夏 季 的 记 忆 性 . 然 而 , 该 模 态 不但 受 到 春 季 NAO 的 控 制 , 而 且 还 会 受 到 前 冬 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 的 增 强 或 削 弱 作 用 , 其 中 后 者 的 影 响 作 用具 有 明 显 的 年 代 际 变 化 特 征 . 在 1970s 之 前 , 前 冬 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 对 春 季 SSTA 三 极 子 模 态 存 在 明 显 的非 对 称 作 用 , 即 前 者 主 要 对 后 者 的 正 位 相 异 常 存 在 显 著 的 削 弱 作 用 ; 在 1970s 之 后 , 前 者 对 后 者 正 / 负 位 相 异 常 的影 响 作 用 均 不 明 显 . 因 此 , 在 春 季 NAO 对 称 作 用 与 前 冬 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 非 对 称 作 用 的 共 同 影 响 下 , 春 季NAO 与 SSTA 三 极 子 模 态 的 年 际 相 关 关 系 存 在 显 著 年 代 际 变 化 , 进 而 引 起 了 春 季 NAO 与 EASM 的 年 际 相 关 关系 在 1970s 的 转 变 .关 键 词 东 亚 夏 季 风 , 北 大 西 洋 涛 动 (NAO), 海 温 异 常 (SSTA), 三 极 子 模 态doi:10.6038/j.issn.00015733.2012.02.003 中 图 分 类 号 P732 收 稿 日 期 20101122,20110408 收 修 定 稿犆 犺 犪 狀 犵 犲 狅 犳 狋 犺 犲 狉 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆 犫 犲 狋 狑 犲 狀 狊 狆 狉 犻 狀 犵 犖 犃 犗 犪 狀 犱 犈 犪 狊 狋 犃 狊 犻 犪 狀 狊 狌 犿 犿 犲 狉 犿 狅 狀 狊 狅 狀犪 狀 犱 犻 狋 狊 狆 狅 狊 犻 犫 犾 犲 犿 犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊 犿ZUOJinQing 1,2 ,LIWeiJing 1 ,REN HongLi 1 ,CHEN LiJuan 11 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔 犳 狅 狉 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 犛 狋 狌 犱 犻 犲 狊 , 犆 犺 犻 狀 犪 犕 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犃 犱 犿 犻 狀 犻 狊 狋 狉 犪 狋 犻 狅 狀 , 犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 100081, 犆 犺 犻 狀 犪2 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋 狅 狉 狔 犳 狅 狉 犛 犲 犿 犻 犃 狉 犻 犱 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 犆 犺 犪 狀 犵 犲 狅 犳 狋 犺 犲 犕 犻 狀 犻 狊 狋 狉 狔 狅 犳 犈 犱 狌 犮 犪 狋 犻 狅 狀 , 犔 犪 狀 狕 犺 狅 狌 犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔 , 犔 犪 狀 狕 犺 狅 狌 730000, 犆 犺 犻 狀 犪犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋 TherelationshipbetweenEastAsianSummer Monsoon (EASM)andNorth AtlanticOscilation (NAO)wasexaminedbyusingcorrelationanalysisfortheperiodfrom1948to2009.ItwasshowedthattheEASM waswelcorrelatedwiththepreviousspring(AprilMay)NAOonannualtimescale.Buttheirrelationship wascharacterized bylarge decadalvariations,withchangeofsignfrom positivetonegativeinthe1970s.Compositeanalysisrevealedthatthischange was closely related to the spring and prewinter (DecemberMarch) oceanscaleatmosphereoceancouplingmode,i.e.theNAOSSTA (seasurfacetemperatureanomaly)tripole基 金 项 目作 者 简 介国 家 科 技 支 撑 项 目 (2007BAC29B04,2009BAC51B05)、 公 益 性 行 业 ( 气 象 ) 科 研 专 项 (GYHY200806009,GYHY200806005,GYHY200906021)、 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (40805028,41005038) 和 973 计 划 (2010CB950404) 共 同 资 助 .左 金 清 , 女 ,1983 年 生 , 博 士 研 究 生 , 主 要 从 事 短 期 气 候 预 测 理 论 与 方 法 研 究 .Email:jqzuo425@126.com

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析385patern,overtheNorth AtlanticOcean.TheefectofspringNAOontheannualvariabilityofEASM dependsonthepersistenceofSSTAtripolepaterninducedbythespring NAOitself.However,thispatern wasnotonlycontroledbythespring NAO,butalsoinfluencedbytheprewinterNAOSSTA tripolecoupling mode,theefectof which wasdecadalunstationary.Beforethe1970s,theefectofprewinterNAOSSTAtripolecouplingmodeonthespringNAOisasymmetric,i.e.theformeronlyhasasignificantweakeningefectonthepositivephaseofthelater.Afterthe1970s,theefectoftheformeronboththepositiveandnegativephasesofthelater was negligible.Therefore,the symmetric efect ofspring NAO combined with theasymmetric efect of prewinter NAOSSTA tripole coupling mode caused the decadalunstationaryrelationshipbetweenthespringNAOandSSTAtripolepatern,resultinginchangeoftheNAOEASMrelationshipinthe1970s.犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊 East Asian summer monsoon,North Atlantic Oscilation (NAO),Sea surfacetemperatureanomaly (SSTA),Tripolepatern1 引 言我 国 夏 季 旱 涝 和 季 风 降 水 雨 带 的 时 空 分 布 与 东亚 夏 季 风 (EASM) 活 动 密 切 相 关 [1] . 因 此 ,EASM 年际 变 率 的 准 确 预 测 是 我 国 夏 季 短 期 气 候 预 测 的 首 要任 务 之 一 , 对 其 主 要 影 响 因 子 和 有 用 预 测 信 号 的 研究 也 是 经 久 不 衰 的 热 点 问 题 . 由 于 东 亚 季 风 区 所 处的 地 理 位 置 特 殊 , 东 、 南 、 西 和 北 分 别 与 太 平 洋 、 印 度洋 、 青 藏 高 原 和 中 高 纬 欧 亚 大 陆 相 邻 , 这 使 得EASM 的 前 期 影 响 因 子 众 多 , 如 ENSO(ElNio/LaNiaSouthernOscilation)、 西 太 平 洋 对 流 状 况 和印 度 洋 海 温 , 以 及 欧 亚 大 陆 和 青 藏 高 原 积 雪 等 . 这 些影 响 因 子 与 EASM 之 间 的 关 系 及 其 影 响 机 制 均 得到 了 广 泛 深 入 的 研 究 [2] .EASM 降 水 主 要 是 低 纬 度 海 洋 暖 湿 气 流 与 中高 纬 度 相 对 冷 干 气 流 相 互 作 用 的 结 果 . 因 此 ,EASM年 际 变 化 不 但 与 低 纬 度 异 常 信 号 相 关 , 而 且 与 中 高纬 度 异 常 信 号 密 切 联 系 . 例 如 , 已 有 研 究 显 示 北 极 涛动 / 北 大 西 洋 涛 动 (AO/NAO) 对 东 亚 夏 季 降 水 的 年[39] [1013]际 变 化 、 我 国 南 方 春 夏 季 气 温 和 降 水 等 有 显[14]著 影 响 .Ogi 等 指 出 冬 季 NAO 对 后 期 包 括 东 亚地 区 在 内 的 广 大 北 半 球 中 高 纬 夏 季 气 候 存 在 显 著 的影 响 . 其 中 , 海 冰 、 海 温 (SST) 和 积 雪 等 下 垫 面 持 续性 异 常 为 冬 季 NAO 影 响 夏 季 气 候 提 供 了 可 能 途[15]径 . 近 来 ,Wu 等 分 析 了 1970s 末 期 以 来 春 季(4~5 月 )NAO 与 EASM 年 际 变 化 之 间 的 关 系 , 指出 前 者 所 激 发 的 北 大 西 洋 海 温 异 常 (SSTA) 三 极 子模 态 是 联 系 春 季 NAO 与 EASM 的 重 要 桥 梁 .然 而 , 大 量 研 究 已 经 显 示 , 随 着 1970s 全 球 大 气环 流 的 显 著 改 变 , 某 些 预 报 因 子 和 预 报 量 之 间 的 关系 也 在 该 时 期 发 生 了 显 著 变 化 . 例 如 ,1970s 末 以 来冬 季 NAO 正 位 相 的 极 端 异 常 可 能 是 导 致 印 度 夏 季风 ENSO 年 际 相 关 关 系 减 弱 的 重 要 原 因 [16] . 那 么 ,一 个 很 自 然 的 问 题 是 , 当 前 观 测 到 的 NAO 对EASM 的 影 响 关 系 是 否 也 在 1970s 前 后 发 生 显 著年 代 际 变 化 呢 ? 为 此 , 本 文 将 重 点 分 析 20 世 纪 中 期以 来 NAO 与 EASM 之 间 年 际 相 关 关 系 的 年 代 际变 化 特 征 及 其 可 能 机 制 .2 资 料本 文 所 用 的 再 分 析 格 点 资 料 主 要 包 括 :(1)1948~2009 年 NCEP/NCAR (National Centers forEnvironmental Prediction/National Center forAtmosphericResearch) 提 供 的 逐 月 海 平 面 气 压[17](SLP)、 感 热 、 潜 热 和 10 m 水 平 风 场 , 其 中 ,SLP的 水 平 分 辨 率 为 2.5°×2.5°, 其 他 变 量 在 纬 向 和 经向 方 向 上 分 别 为 均 匀 和 高 斯 格 点 ( 总 格 点 数 为 192×94);(2)1948~2009 年 NOAA(NationalOceanicandAtmosphericAdministration) 提 供 的 逐 月 海 表面 温 度 (ERSST.v3) [18] , 水 平 分 辨 率 为 2°×2°.NAO 和 EASM 的 年 际 变 率 均 可 分 别 利 用 相 应的 指 数 来 定 量 描 述 . 其 中 ,NAO 指 数 ( 下 称 NAOI)定 义 为 北 大 西 洋 区 域 (80°W~30°E)35°N 与 65°N纬 向 平 均 月 标 准 化 SLP 之 差 [19] . 另 外 ,EASM 指 数( 下 称 EASMI) 定 义 为 东 亚 热 带 季 风 槽 区 (5°N~15°N,90°E~130°E) 与 东 亚 副 热 带 地 区 (22.5°N~32.5°N,110°E~140°E)850hPa 平 均 纬 向 风 之 差 [20] .EASM的 强 弱 变 化 与 我 国 长 江 流 域 的 旱 涝 情 况 密 切 相 关 ,

386地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷而 且 我 国 气 象 学 者 传 统 上 认 为 在 强 季 风 年 (EASMI为 高 指 数 ) 长 江 流 域 往 往 偏 旱 ; 反 之 亦 然 . 不 过 ,[21]Wang 等 建 议 强 季 风 年 应 该 对 应 着 长 江 流 域 偏涝 . 为 此 , 本 文 中 的 EASMI 取 为 文 献 [20] 所 定 义 的东 亚 夏 季 风 指 数 的 相 反 数 . 此 外 , 本 文 所 用 的EASMI 均 为 夏 季 (6~8 月 ) 的 平 均 值 .为 了 描 述 方 便 , 在 这 里 我 们 对 北 大 西 洋 SSTA[2223]三 极 子 模 态 的 正 、 负 位 相 做 如 下 定 义 : 北 大 西 洋中 纬 度 SSTA 为 正 值 , 而 高 纬 度 和 低 纬 度 SSTA 为负 值 , 这 种 分 布 型 称 为 三 极 子 模 态 的 正 位 相 ( 下 称 正三 极 子 ); 反 之 , 北 大 西 洋 中 纬 度 SSTA 为 负 值 , 而高 纬 度 和 低 纬 度 SSTA 为 正 值 , 这 种 分 布 型 称 为 三极 子 模 态 的 负 位 相 ( 下 称 负 三 极 子 ), 即 NAO 的 正和 负 位 相 分 别 对 应 着 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态的 正 和 负 位 相 .3 春 季 NAOEASM 年 际 相 关 关 系的 年 代 际 变 化 特 征本 文 首 先 分 析 了 1948~2009 年 期 间 EASMI与 逐 月 NAOI 在 年 际 尺 度 上 的 线 性 相 关 , 结 果 表 明[15]两 者 在 春 季 (4~5 月 , 下 同 ) 最 为 显 著 , 与 Wu 等的 结 果 一 致 . 但 是 , 进 一 步 分 析 春 季 NAOI 与EASMI 之 间 的 21 年 滑 动 相 关 的 年 代 际 演 变 特 征( 见 图 1) 后 发 现 , 两 者 之 间 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s发 生 了 明 显 的 转 变 . 其 中 , 在 1970s 之 前 春 季 NAOI与 EASMI 之 间 存 在 相 对 较 弱 的 正 相 关 ( 未 通 过95% 信 度 的 t 检 验 ), 而 在 1970s 之 后 却 转 变 为 明 显增 强 的 负 相 关 , 特 别 是 在 1980s 中 期 以 来 这 种 负 相关 可 以 通 过 95% 信 度 的 t 检 验 .图 1 东 亚 夏 季 风 指 数 (EASMI)、NAO 指 数 (NAOI) 和海 温 三 极 子 指 数 (TI) 之 间 的 21 年 滑 动 相 关实 线 : 春 季 (4~5 月 )NAOI 与 夏 季 (6~8 月 )EASMI; 虚 点 线 : 春季 NAOI 与 同 期 TI; 点 线 : 夏 季 EASMI 与 同 期 TI. 长 虚 线 表 示95% 的 显 著 性 水 平 .Fig.1 Sliding correlations among the East Asiansummer monsoon index (EASMI),the NAO index(NAOI)andtheseasurfacetemperatureanomalytripoleindexwitha21yearmoving windowfortheperiodof1948~2009Solidlineindicatescorrelationbetweenthespring(April-May)NAOIandthesummer(June-August)EASMI,dasheddotedbetweenthespring NAOIand TI,and doted betweenthesummer EASMIand TI.Long dashedlineshowsthe95%significancelevel.为 了 进 一 步 检 验 春 季 NAO 与 EASM 之 间 的年 际 相 关 关 系 在 1970s 的 转 变 , 图 2 分 别 给 出 了1948~1978 年 和 1979~2009 年 这 两 个 不 同 时 段EASMI 与 前 期 春 季 北 大 西 洋 SLP 距 平 (SLPA) 的回 归 分 布 图 . 可 以 看 到 , 在 1948~1978 年 期 间 ( 图2a), 当 EASMI 偏 高 ( 低 ) 时 , 副 热 带 西 大 西 洋 和 中纬 度 西 欧 地 区 SLP 明 显 偏 高 ( 低 ), 而 中 高 纬 北 大 西洋 及 其 邻 近 的 北 美 大 陆 地 区 SLP 明 显 偏 低 ( 高 ). 在1979~2009 年 期 间 ( 图 2b), 当 EASMI 偏 高 ( 低 )时 , 副 热 带 北 大 西 洋 地 区 SLP 明 显 偏 低 ( 高 ), 而 冰图 2 (a)1948~1978 年 和 (b)1979~2009 年 期 间 东 亚 夏 季 风 指 数 与 前 期 春 季 (4~5 月 )北 大 西 洋 海 平 面 气 压 距 平 (SLPA) 的 回 归 分 布 图等 值 线 间 隔 为 10, 零 线 未 显 示 , 单 位 为 Pa. 虚 线 表 示 负 值 , 阴 影 表 示 通 过 95% 信 度 t 检 验 的 区 域 .Fig.2 Regressionsofthespringsealevelpressureanomalies(SLPA)overtheNorthAtlanticOceanontotheEastAsiansummermonsoonindexduringtheperiodof(a)1948~1978and (b)1979~2009Thecontourintervalis10andzeroomitedandunitPa.Dashedlineindicatesnegativevaluesandshadingsignificanceatthe95%level.

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析387岛 及 其 邻 近 地 区 SLP 明 显 偏 高 ( 低 ), 这 种 分 布 与NAO 负 ( 正 ) 位 相 在 SLP 场 上 的 分 布 非 常 相 似 . 对比 图 2a 和 2b 可 以 发 现 , 虽 然 在 1948~1978 年 期 间SLPA 在 北 大 西 洋 区 域 的 分 布 也 呈 现 为 一 个 经 向 偶极 子 结 构 , 但 是 , 该 偶 极 子 的 位 相 与 1979~2009 年期 间 的 北 大 西 洋 经 向 偶 极 子 的 位 相 恰 好 是 相 反 的 ;而 且 , 前 一 偶 极 子 的 空 间 范 围 偏 小 、 位 置 偏 西 , 主 要位 于 西 大 西 洋 及 其 邻 近 的 北 美 大 陆 地 区 . 由 此 可 见 ,春 季 NAO 与 EASM 之 间 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s确 实 发 生 了 明 显 转 变 .4 春 季 NAOEASM 年 际 相 关 关 系发 生 转 变 的 可 能 成 因 分 析[15]前 人 的 研 究 表 明 , 春 季 NAO 异 常 不 能 直 接影 响 后 期 EASM 的 年 际 变 化 , 而 是 依 赖 于 前 者 所 激发 的 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 由 春 季 到 夏 季 的记 忆 性 . 本 文 前 述 结 果 已 显 示 春 季 NAO 与 EASM之 间 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s 发 生 了 由 正 相 关 到 负相 关 的 明 显 转 变 , 那 么 这 种 转 变 是 否 与 北 大 西 洋SSTA 三 极 子 模 态 相 关 ? 为 了 回 答 此 问 题 , 我 们 有必 要 首 先 检 验 该 模 态 在 连 接 春 季 NAO 和 EASM中 所 发 挥 的 “ 桥 梁 作 用 ” 是 否 也 在 1970s 前 后 发 生 了显 著 年 代 际 变 化 .4.1 犛 犜 犃 三 极 子 模 态 “ 桥 梁 作 用 ” 的 年 代 际 变 化特 征图 3a 显 示 了 1948~1978 年 期 间 春 季 NAOI 与同 期 春 季 北 大 西 洋 SSTA 之 间 的 相 关 分 布 图 . 可 以看 到 , 春 季 NAOI 与 同 期 春 季 北 大 西 洋 SSTA 之 间几 乎 不 存 在 明 显 的 线 性 相 关 . 在 同 一 时 段 EASMI与 同 期 夏 季 北 大 西 洋 SSTA 之 间 的 相 关 分 布 图 上( 图 3d), 除 了 北 大 西 洋 高 纬 度 部 分 地 区 存 在 显 著 的线 性 相 关 外 , 其 他 区 域 的 线 性 相 关 均 不 明 显 . 由 此 可见 , 在 1948~1978 年 期 间 , 春 季 NAO 与 北 大 西 洋SSTA 三 极 子 模 态 , 以 及 后 者 与 EASM 之 间 均 无 明显 的 年 际 相 关 关 系 .然 而 , 在 1979~2009 年 期 间 , 春 季 NAOI 与 同期 春 季 、 后 期 夏 季 北 大 西 洋 大 部 分 区 域 的 SSTA 之间 均 存 在 显 著 的 线 性 相 关 ( 图 3e,3f), 而 且 它 们 的 相关 分 布 呈 现 为 一 种 正 三 极 子 结 构 . 同 时 ,EASMI 与图 3 (a—d)1948~1978 年 和 (e—h)1979~2009 年 期 间 北 大 西 洋 海 温 距 平 (SSTA) 分 别 与NAO 和 东 亚 夏 季 风 (EASM) 指 数 之 间 的 相 关 分 布 图(a,e) 春 季 (4~5 月 )NAO 与 同 期 春 季 SSTA;(b,f) 春 季 NAO 与 后 期 夏 季 (6~8 月 )SSTA;(c,g)EASM 与 前 期 春 季 SSTA;(d,h)EASM 与 同 期 夏 季 SSTA. 阴 影 表 示 通 过 95% 信 度 t 检 验 的 区 域 , 灰 白 色 表 示 陆 地 .Fig.3 Correlationsoftheseasurfacetemperatureanomaly(SSTA)overtheNorthAtlanticOceanwiththeNAOandtheEastAsiansummermonsoon (EASM)indices,respectively,fortheperiodof(a-d)1948~1978and (e-h)1979~2009(a,e)Spring(April-May)NAOandsimultaneousspringSSTA;(b,f)SpringNAOandensuringsummerSSTA;(c,g)EASMandpreviousspringSSTA;(d,h)EASMandsimultaneoussummerSSTA.Shadingindicatessignificanceatthe95%levelwhilelandisshadedlightgrey.

388地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷前 期 春 季 、 同 期 夏 季 北 大 西 洋 SSTA 之 间 也 存 在 显著 的 线 性 相 关 , 只 是 它 们 的 相 关 分 布 呈 现 为 一 种 负三 极 子 结 构 ( 图 3g,3h). 由 此 可 见 , 在 1979~2009年 期 间 , 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 与 春 季 NAO以 及 EASM 之 间 均 存 在 密 切 联 系 .为 了 能 更 清 晰 地 了 解 SSTA 三 极 子 模 态 与 春季 NAO 和 EASM 之 间 年 际 相 关 的 年 代 际 演 变 特征 , 根 据 图 3h 中 的 三 极 子 模 态 , 我 们 定 义 了 一 个SSTA 三 极 子 指 数 (TI), 即 为 中 纬 度 负 相 关 区 的 平均 SSTA 与 高 纬 度 和 低 纬 度 正 相 关 区 的 平 均 SSTA之 差 . 然 后 , 计 算 了 1948~2009 年 期 间 春 季 NAOI与 同 期 春 季 TI 之 间 的 21 年 滑 动 相 关 ( 见 图 1). 可以 看 到 , 春 季 NAOI 与 TI 之 间 的 年 际 相 关 存 在 明显 的 年 代 际 变 化 特 征 , 而 且 这 种 变 化 特 征 与 春 季NAOIEASMI 年 际 相 关 的 年 代 际 变 化 特 征 非 常 相似 , 只 是 两 者 的 符 号 恰 好 相 反 . 另 外 , 分 析 夏 季EASMITI 年 际 相 关 的 年 代 际 演 变 特 征 ( 见 图 1) 后发 现 , 虽 然 在 整 个 时 段 两 者 之 间 存 在 着 一 致 的 负 相关 , 但 是 随 着 1970s 末 以 来 春 季 NAOITI 年 际 相 关关 系 的 增 强 , 夏 季 EASMITI 年 际 相 关 关 系 也 得 到了 明 显 的 增 强 . 这 些 结 果 表 明 , 北 大 西 洋 SSTA 三极 子 模 态 在 连 接 春 季 NAO 和 EASM 中 可 能 始 终发 挥 着 重 要 作 用 ; 后 两 者 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s的 转 变 , 可 能 与 春 季 NAOSSTA 三 极 子 模 态 年 际相 关 关 系 在 1970s 的 转 变 直 接 相 关 .4.2 春 季 犖 犃 犗 对 同 期 春 季 犛 犜 犃 三 极 子 模 态 的 影响 作 用本 文 前 述 结 果 已 经 显 示 , 春 季 NAO 与 北 大 西洋 SSTA 三 极 子 模 态 之 间 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s发 生 了 明 显 转 变 , 并 且 这 种 转 变 可 能 是 导 致 春 季NAO 与 EASM 之 间 的 年 际 相 关 关 系 也 在 1970s 发生 明 显 转 变 的 直 接 原 因 . 那 么 , 又 是 什 么 原 因 导 致 了前 一 转 变 的 发 生 ? 该 转 变 是 否 意 味 着 春 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 的 年 际 变 化 也 是 不 稳 定 的 呢 ?为 了 回 答 上 述 问 题 , 我 们 首 先 需 要 进 一 步 考 察 春 季NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 的 稳 定 性 , 然 后 分 析 春 季NAO 对 同 期 春 季 SSTA 三 极 子 模 态 的 影 响 作 用 .与 NAO 关 联 的 北 大 西 洋 海 气 耦 合 模 , 不 但 可以 反 映 在 SST 距 平 ( 即 SSTA) 场 上 , 而 且 还 可 以 反映 在 SSTA 倾 向 场 上 [22] . 为 此 , 我 们 计 算 了 北 大 西洋 春 季 SSTA 的 倾 向 , 即 SSTA. 为 了 方 便 计 算 , 狋令 SSTA 狋≈ ΔSSTA , 其 中 ,ΔSSTA 为 春 季 平 均Δ 狋SSTA 与 前 期 冬 季 (12~3 月 , 下 同 ) 平 均 SSTA 之差 . 减 去 冬 季 平 均 SSTA, 是 为 了 消 除 冬 季 NAO 异常 所 激 发 的 海 温 异 常 信 号 对 春 季 SSTA 的 影 响 . 由于 Δ 狋 为 常 数 , 在 下 面 的 分 析 中 我 们 将 利 用 春 季ΔSSTA 来 描 述 同 期 春 季 SSTA 倾 向 的 年 际 变 率 .表 1 根 据 1948~1978 年 和 1979~2009 年 期 间 春 季 (4~5月 ) 高 / 低 犖 犃 犗 指 数 ( 犖 犃 犗 犐 ) 划 分 得 到 的 典 型 异 常 年 . 其 中 ,若 犖 犃 犗 犐 ≥0.7 则 为 高 指 数 ( 即 正 位 相 ) 年 , 若 犖 犃 犗 犐 ≤-0.7 则为 低 指 数 ( 即 负 位 相 ) 年 , 其 他 年 份 则 为 正 常 年犜 犪 犫 犾 犲 1 犇 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀 狅 犳 狋 犺 犲 狔 犲 犪 狉 狊 犻 狀 狋 犺 犲 犺 犻 犵 犺 ( 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狏 犲 狆 犺 犪 狊 犲 )/犾 狅 狑 ( 狀 犲 犵 犪 狋 犻 狏 犲 狆 犺 犪 狊 犲 ) 犖 犃 犗 犻 狀 犱 犻 犮 犲 狊 ( 犖 犃 犗 犐 ) 犳 狅 狉 狋 犺 犲 狆 犲 狉 犻 狅 犱 狅 犳1948~1978 犪 狀 犱 1979~2009, 狉 犲 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狏 犲 犾 狔 . 犐 犳 犖 犃 犗 犐 ≥0.7,狆 狅 狊 犻 狋 犻 狏 犲 狆 犺 犪 狊 犲 ; 犖 犃 犗 犐 ≤-0.7, 狀 犲 犵 犪 狋 犻 狏 犲 狆 犺 犪 狊 犲 ; 犪 狀 犱 狅 狋 犺 犲 狉 狊 ,正 位 相1948~1978194919561964196919701972负 位 相 1951195319751978狀 犲 狌 狋 狉 犪 犾 狆 犺 犪 狊 犲1979~2009198719911992199420022004200720091980198819931995199619972008图 4a 和 4b 分 别 显 示 了 根 据 1948~1978 年 期间 春 季 NAO 正 和 负 位 相 年 进 行 合 成 得 到 的 北 大 西洋 ΔSSTA 的 分 布 图 , 其 中 合 成 年 份 详 见 表 1. 可 以看 到 , 对 应 于 春 季 NAO 正 位 相 , 同 期 春 季 北 大 西 洋合 成 ΔSSTA 的 分 布 与 正 三 极 子 的 空 间 分 布 相 似( 图 4a); 反 之 , 对 应 于 春 季 NAO 负 位 相 , 同 期 春 季北 大 西 洋 合 成 ΔSSTA 的 分 布 则 与 负 三 极 子 的 空 间分 布 相 似 ( 图 4b). 此 外 , 在 春 季 NAO 正 与 负 位 相 的合 成 差 值 图 ( 图 4c) 上 可 以 更 清 楚 地 看 到 , 北 大 西 洋ΔSSTA 的 分 布 呈 现 为 一 种 显 著 的 正 三 极 子 结 构 .在 1979~2009 年 期 间 , 对 应 于 春 季 NAO 正( 负 ) 位 相 , 北 大 西 洋 合 成 ΔSSTA 的 空 间 分 布 也 呈现 为 一 种 显 著 的 正 ( 负 ) 三 极 子 结 构 ( 图 4d,4e). 对比 1948~1978 年 和 1979~2009 年 这 两 个 不 同 时 段ΔSSTA 的 合 成 差 值 图 ( 图 4c,4f) 可 以 发 现 , 两 者 不但 具 有 相 似 的 正 三 极 子 结 构 , 而 且 它 们 的 数 量 级 也近 似 相 当 . 由 此 可 见 , 不 管 是 在 1948~1978 年 还 是1979~2009 年 期 间 , 春 季 NAO 异 常 往 往 伴 随 着 北大 西 洋 SSTA 倾 向 三 极 子 模 态 的 出 现 , 表 明 了 在 年际 尺 度 上 春 季 NAO 与 SSTA 三 极 子 模 态 是 密 切 耦合 的 , 即 春 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 具 有 较 好的 稳 定 性 .前 人 的 研 究 结 果 表 明 , 在 北 大 西 洋 年 际 尺 度 的海 气 耦 合 系 统 中 NAO 对 局 地 SST 的 强 迫 起 主 导作 用 , 其 中 , 与 近 表 面 风 场 密 切 相 关 的 湍 流 热 交 换 在联 系 NAO 与 局 地 SST 中 起 重 要 作 用[22,2428]. 为 此 ,

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析389我 们 又 分 析 了 1948~1978 年 和 1979~2009 年 期 间春 季 NAOI 与 北 大 西 洋 区 域 近 表 面 10m 水 平 风 场和 湍 流 热 通 量 ( 感 热 与 潜 热 通 量 之 和 ) 的 回 归 分 布 图( 见 图 5). 对 比 图 5a 和 5b 可 以 看 到 , 北 大 西 洋 中 纬度 地 区 对 流 层 低 层 都 主 要 为 异 常 反 气 旋 控 制 ; 同时 , 湍 流 热 通 量 异 常 均 呈 现 为 一 种 类 似 于 正 三 极 子图 4 根 据 春 季 (4~5 月 ) 高 (H) 和 低 (L)NAO 指 数 进 行 合 成 得 到 的 同 期 春 季 海 温 倾 向 (ΔSSTA) 及 其 差 值 (HL) 的 分 布 图(a—c)1948~1978 年 ;(d—f)1979~2009 年 . 单 位 为 K. 阴 影 表 示 通 过 95% 信 度 t 检 验 的 区 域 , 灰 白 色 表 示 陆 地 .Fig.4 Compositesofthespringseasurfacetemperaturetendencies(ΔSSTA)accordingtothehigher(H)andlower(L)springNAOindicesandtheirdiference(HL)duringtheperiodof(a-c)1948~1978and (d-f)1979~2009TheunitisK.Shadingindicatessignificanceatthe95%levelwhilelandisshadedlightgrey.图 5 (a)1948~1978 年 和 (b)1979~2009 年 期 间 春 季 近 表 面 10m 水 平 风 场 ( 矢 量 ; 单 位 :m·s -1 ) 和湍 流 热 通 量 ( 等 值 线 ; 单 位 :W·m -2 ) 距 平 与 NAO 指 数 的 回 归 分 布 图等 值 线 间 隔 为 4, 虚 线 表 示 负 值 , 零 线 未 显 示 . 阴 影 表 示 热 通 量 距 平 通 过 95% 信 度 t 检 验 的 区 域 .正 的 热 通 量 距 平 表 示 热 量 由 海 洋 进 入 大 气 ; 反 之 , 热 量 由 大 气 进 入 海 洋 .Fig.5 Regressionsofthespringhorizontalsurface windat10 m (vector;unit:m·s -1 )andturbulentheatflux(contour;unit:W·m -2 )anomaliesoverthe North Atlantic Oceanontothespring NAOindexduringtheperiodof(a)1948~1978and (b)1979~2009Thecontourintervalis4andzeroomited.Dashedlineindicatesnegativevalues,zeroomitedandshadingsignificanceatthe95%levelforheatfluxanomalies.Positive(negative)heatfluxanomalyindicatesheatfluxoutof(into)theocean.

390地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷的 分 布 型 . 结 合 图 5 和 4 的 结 果 表 明 , 在 1970s 之 前和 之 后 与 春 季 NAO 关 联 的 热 带 外 北 大 西 洋 近 表 面水 平 风 场 异 常 、 湍 流 热 通 量 异 常 和 ΔSSTA 之 间 的[2627]变 化 关 系 均 与 前 人 的 研 究 结 果 一 致 , 即 热 带 外北 大 西 洋 东 / 西 风 的 增 强 ( 减 弱 ) 往 往 伴 随 着 湍 流 热交 换 的 增 强 ( 减 弱 ), 进 而 引 起 局 地 SST 的 降 低 ( 升高 ). 因 此 , 这 些 结 果 进 一 步 验 证 了 春 季 NAOSSTA三 极 子 耦 合 模 的 稳 定 性 , 说 明 在 1970s 之 前 和 之 后春 季 NAO 对 北 大 西 洋 SST 的 影 响 作 用 没 有 发 生 明显 变 化 .根 据 SSTA 与 其 倾 向 的 关 系 可 知 , 当 SSTA 倾向 为 正 值 时 , 则 SST 存 在 升 高 的 趋 势 ; 反 之 亦 然 . 为了 进 一 步 分 析 SSTA 倾 向 与 SSTA 的 关 系 , 图 6 显示 了 根 据 1948~1978 年 和 1979~2009 年 期 间 春 季NAO 正 和 负 位 相 进 行 合 成 得 到 的 同 期 春 季 北 大 西洋 SSTA 的 分 布 图 , 其 中 合 成 年 份 同 图 4( 详 见 表 1).对 比 图 6a-6c 和 4a-4c 可 以 发 现 , 在 1948~1978 年 期 间 , 当 春 季 NAO 处 于 正 位 相 时 , 同 期 春 季北 大 西 洋 SSTA 与 ΔSSTA 的 空 间 分 布 基 本 相 似 ,但 两 者 的 位 相 却 是 相 反 的 , 即 前 者 与 负 三 极 子 相 似 ,而 后 者 与 正 三 极 子 相 似 ; 当 春 季 NAO 处 于 负 位 相时 , 同 期 春 季 北 大 西 洋 SSTA 与 ΔSSTA 之 间 存 在相 似 的 负 三 极 子 结 构 . 因 此 , 在 此 时 段 , 对 应 于 春 季NAO 正 / 负 位 相 北 大 西 洋 SSTA 与 SSTA 倾 向 的空 间 分 布 之 间 是 明 显 非 对 称 的 .对 比 图 6d,6e 和 4d,4e 可 以 发 现 , 在 1979~2009 年 期 间 , 当 春 季 NAO 处 于 正 ( 负 ) 位 相 时 , 春 季北 大 西 洋 SSTA 与 ΔSSTA 之 间 存 在 相 似 的 正 ( 负 )三 极 子 结 构 . 在 春 季 NAO 正 与 负 位 相 的 合 成 差 值图 上 , 北 大 西 洋 SSTA( 图 6f) 与 ΔSSTA( 图 4f) 的 三极 子 结 构 更 为 显 著 , 两 者 之 间 不 但 位 相 相 同 , 而 且 数量 级 也 近 似 相 当 .与 NAO 关 联 的 SSTA 倾 向 实 际 上 反 映 了 前 者对 下 垫 面 SST 的 强 迫 效 应 . 因 此 , 综 合 本 节 上 述 结果 表 明 , 在 1970s 之 前 , 除 了 春 季 NAO 之 外 , 可 能还 有 其 他 影 响 因 子 对 春 季 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子模 态 的 年 际 变 化 存 在 重 要 影 响 作 用 ; 而 在 1970s 之后 , 春 季 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 的 年 际 变 化 主要 受 同 期 春 季 NAO 的 控 制 .4.3 冬 季 犖 犃 犗 对 后 期 春 季 犛 犜 犃 三 极 子 模 态 的 影响 作 用本 文 4.2 节 的 结 果 显 示 , 春 季 NAO 与 北 大 西洋 SSTA 三 极 子 模 态 的 年 际 相 关 关 系 在 1970s 的 转变 , 可 能 与 前 者 对 后 者 年 际 变 率 的 相 对 贡 献 的 不 稳定 性 有 关 . 我 们 知 道 ,SSTA 三 极 子 模 态 与 NAO 异常 密 切 相 关 , 而 NAO 在 冬 季 最 为 显 著 . 那 么 , 春 季SSTA 三 极 子 模 态 是 否 还 会 受 到 冬 季 NAO 异 常 的影 响 ? 下 面 我 们 将 对 此 问 题 进 行 深 入 分 析 .图 6同 图 4, 但 为 同 期 春 季 海 表 温 度 距 平 (SSTA)Fig.6 ThesameasFig.4,butforthesimultaneousspringseasurfacetemperatureanomalies(SSTA)

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析391图 7a,7b 分 别 显 示 了 根 据 1948~1978 年 期 间春 季 NAO 正 和 负 位 相 进 行 合 成 得 到 的 前 期 冬 季 北大 西 洋 SSTA 的 分 布 图 , 其 中 合 成 年 份 详 见 表 1. 可以 看 到 , 当 春 季 NAO 处 于 正 位 相 时 , 前 期 冬 季 北 大西 洋 中 高 纬 地 区 SSTA 的 分 布 呈 现 为 一 种 显 著 的负 三 极 子 结 构 ( 图 7a). 当 春 季 NAO 处 于 负 位 相 时 ,前 期 冬 季 整 个 北 大 西 洋 区 域 的 SSTA 几 乎 均 无 明显 变 化 ( 图 7b). 因 此 , 对 应 于 春 季 NAO 正 / 负 位 相 ,前 期 冬 季 北 大 西 洋 SSTA 的 年 际 变 化 是 非 对 称 的 .对 比 图 4a、6a 和 7a 可 以 发 现 , 对 应 于 春 季 NAO 正位 相 , 北 大 西 洋 春 季 与 前 期 冬 季 SSTA 场 上 的 三 极子 结 构 的 位 相 是 相 同 的 , 但 是 前 者 与 同 期 春 季SSTA 倾 向 场 上 的 三 极 子 结 构 的 位 相 却 是 相 反 的 .而 且 , 前 期 冬 季 SSTA 与 春 季 SSTA 倾 向 的 数 量 级近 乎 相 当 . 若 前 期 冬 季 这 种 具 有 负 位 相 结 构 的SSTA 三 极 子 模 态 能 够 持 续 至 春 季 , 那 么 它 就 可 能会 削 弱 甚 至 抵 消 了 与 其 反 相 的 春 季 NAO 正 位 相 所激 发 的 具 有 正 位 相 结 构 的 SSTA 三 极 子 模 态 .根 据 北 大 西 洋 年 际 尺 度 海 气 相 互 作 用 的 基 本事 实 , 上 述 冬 季 SSTA 三 极 子 模 态 ( 见 图 7) 的 出 现可 能 与 NAO 异 常 密 切 相 关 . 为 此 , 我 们 对 1948~1978 年 期 间 春 季 与 前 期 冬 季 NAO 的 位 相 组 合 进 行了 统 计 分 析 . 结 果 显 示 , 当 春 季 NAO 处 于 正 位 相时 , 前 期 冬 季 NAO 为 负 位 相 的 比 例 高 达 2/3( 表2), 即 两 者 为 反 位 相 配 置 的 概 率 最 大 . 实 际 上 , 众 多研 究 已 经 指 出 , 近 几 十 年 来 冬 季 NAO 存 在 着 显 著的 年 代 际 变 化 特 征 ( 图 8a), 其 中 在 1970s 之 前 ( 后 )其 负 ( 正 ) 位 相 的 发 生 频 次 偏 多 [29] . 然 而 , 与 冬 季NAO 不 同 , 春 季 NAO 的 年 代 际 变 化 特 征 却 不 明 显( 图 8b), 这 就 导 致 了 两 者 位 相 组 合 的 明 显 年 代 际 变化 . 而 且 , 当 春 季 NAO 处 于 正 位 相 时 , 前 期 冬 季NAO 的 平 均 振 幅 高 达 -1.42; 当 春 季 NAO 处 于 负位 相 时 , 前 期 冬 季 NAO 的 平 均 振 幅 只 有 -0.38( 表3). 因 此 , 对 应 于 1948~1978 年 期 间 春 季 NAO 的正 / 负 位 相 , 前 期 冬 季 NAO 振 幅 的 年 际 变 化 也 是 非对 称 的 , 并 且 这 种 非 对 称 性 与 前 期 冬 季 北 大 西 洋SSTA 的 非 对 称 性 是 一 致 的 . 上 述 结 果 同 时 表 明 , 前期 冬 季 SSTA 三 极 子 模 态 负 位 相 的 出 现 可 能 与 同 期振 幅 偏 强 的 NAO 负 位 相 密 切 相 关 . 另 外 , 在 1979~2009 年 期 间 , 当 春 季 NAO 处 于 负 位 相 时 , 前 期 冬 季NAO 为 正 位 相 的 比 例 占 4/7( 表 2), 即 两 者 为 反 位相 配 置 的 概 率 略 为 偏 大 . 但 是 , 在 此 时 段 前 期 冬 季 北大 西 洋 区 域 的 合 成 SSTA 却 没 有 显 著 变 化 ( 图 7d),这 可 能 与 前 期 冬 季 NAO 的 平 均 振 幅 (0.69, 见 表 3)相 对 偏 弱 有 关 . 因 此 , 前 期 冬 季 NAOSSTA 三 极 子耦 合 模 对 春 季 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 可 能 存在 重 要 影 响 , 但 是 这 种 影 响 具 有 明 显 的 年 代 际 变 化特 征 , 同 时 还 具 有 显 著 的 非 对 称 性 .图 7(a,b) 同 图 4a,4b,(c,d) 同 图 4d,4e, 但 为 前 期 冬 季 (12~3 月 ) 海 表 温 度 距 平 (SSTA)Fig.7 (a,b)thesameasFigs.4a,4band (c,d)thesameasFigs.4d,4e,butfortheseasurfacetemperatureanomaliesinthepreviouswinter(Decemberto March)

392地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷图 8 1948~2009 年 期 间 标 准 化 NAO 指 数 的 时 间 序 列(a) 冬 季 (12~3 月 );(b) 春 季 (4~5 月 ). 实 线 表 示 9 年 滑 动 平 均 .Fig.8 TimeseriesofthenormalizedNAOindicesinthe(a)winter(December-March)and (b)spring (April-May)fortheperiodof1948~2009Solidlineindicatesthe9yearrunningmean.表 2 1948~1978 年 和 1979~2009 年 期 间 春 季 (4~5 月 ) 与 前 期 冬 季 (12~3 月 )犖 犃 犗 不 同 位 相 组 合 的 样 本 数 统 计 . 正 、 负 位 相 的 划 分 标 准 同 表 1犜 犪 犫 犾 犲 2 犖 狌 犿 犫 犲 狉 狊 狅 犳 狋 犺 犲 狊 犪 犿 狆 犾 犲 狊 犳 狅 狉 犱 犻 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狆 犺 犪 狊 犲 犮 狅 狌 狆 犾 犻 狀 犵 狅 犳 狋 犺 犲 狊 狆 狉 犻 狀 犵 ( 犃 狆 狉 犻 犾 - 犕 犪 狔 ) 犪 狀 犱 狆 狉 犲 狑 犻 狀 狋 犲 狉 ( 犇 犲 犮 犲 犿 犫 犲 狉 - 犕 犪 狉 犮 犺 )犖 犃 犗 犳 狅 狉 狋 犺 犲 狆 犲 狉 犻 狅 犱 狅 犳 1948~1978 犪 狀 犱 1979~2009, 狉 犲 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狏 犲 犾 狔 . 犇 犲 犳 犻 狀 犻 狋 狅 狀 狊 狅 犳 狋 犺 犲 狆 狅 狊 犻 狋 狏 犲犪 狀 犱 狀 犲 犵 犪 狋 犻 狏 犲 狆 犺 犪 狊 犲 狊 犪 狉 犲 狋 犺 犲 狊 犪 犿 犲 犪 狊 狋 犺 狅 狊 犲 犻 狀 犜 犪 犫 犾 犲 1前 冬春 季1948~19781979~2009总 数 正 位 相 负 位 相 正 常 总 数 正 位 相 负 位 相 正 常正 位 相 6 1 4 1 8 5 1 2负 位 相 4 1 1 2 7 4 1 2表 3 对 应 于 1948~1978 年 和 1979~2009 年 期 间 春 季(4~5 月 ) 犖 犃 犗 的 不 同 位 相 , 春 季 和 前 期 冬 季 (12~3 月 ) 犖 犃 犗 指 数 的 平 均 值犜 犪 犫 犾 犲 3 犕 犲 犪 狀 狏 犪 犾 狌 犲 狊 狅 犳 狋 犺 犲 狊 狆 狉 犻 狀 犵 ( 犃 狆 狉 犻 犾 - 犕 犪 狔 ) 犪 狀 犱狆 狉 犲 狑 犻 狀 狋 犲 狉 ( 犇 犲 犮 犲 犿 犫 犲 狉 - 犕 犪 狉 犮 犺 ) 犖 犃 犗 犻 狀 犱 犻 犮 犲 狊 犮 狅 狉 犲 狊 狆 狅 狀 犱 犻 狀 犵狋 狅 犱 犻 犳 犲 狉 狀 狋 狆 犺 犪 狊 犲 狅 犳 狋 犺 犲 狊 狆 狉 犻 狀 犵 犖 犃 犗 犳 狅 狉 狋 犺 犲 狆 犲 狉 犻 狅 犱 狅 犳 1948~1978 犪 狀 犱 1979~2009, 狉 犲 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狏 犲 犾 狔1948~19781979~2009正 位 相 负 位 相 正 位 相 负 位 相前 冬 -1.42 -0.38 0.92 0.69春 季 1.12 -1.01 1.04 -1.21为 了 消 除 不 同 定 义 的 NAO 指 数 和 不 同 来 源 的SST 数 据 集 对 本 文 分 析 结 果 的 影 响 , 我 们 利 用 美 国CPC(ClimatePredictionCenter) 提 供 的 NAO 指 数和 英 国 Hadley 中 心 提 供 的 SST(HadISST) [30] , 重新 计 算 了 上 述 结 果 .CPC 的 NAO 指 数 ( 记 为 NAO_CPC) 是 通 过 对 北 半 球 (20°N~90°N) 逐 月 500hPa[31]标 准 化 高 度 距 平 进 行 旋 转 主 成 分 分 析 而 得 到 的 ,其 时 间 序 列 最 早 始 于 1950 年 1 月 . 图 9 给 出 了1950~1978 年 和 1979~2009 年 期 间 春 季 NAO_CPC 与 同 期 春 季 北 大 西 洋 SSTA 之 间 的 线 性 相 关 ,其 中 SSTA 来 源 于 ERSST.v3, 即 与 图 3 中 SSTA的 来 源 相 同 . 对 比 图 9a 和 3a 可 以 看 到 , 两 者 的 空 间分 布 非 常 相 似 , 其 中 副 热 带 东 大 西 洋 均 存 在 显 著 的负 相 关 ; 对 比 图 9b 和 3e 可 以 发 现 , 两 者 的 空 间 分 布也 非 常 相 似 , 均 呈 现 为 一 种 类 似 于 正 三 极 子 的 分 布型 , 这 说 明 春 季 NAO 与 北 大 西 洋 SSTA 的 年 际 相关 关 系 确 实 在 1970s 前 后 发 生 了 明 显 的 年 代 际 变化 , 这 种 变 化 不 依 赖 于 NAO 指 数 的 定 义 . 此 外 , 我们 还 利 用 相 同 的 NAO 指 数 分 别 与 不 同 来 源 的 SST( 即 ERSST.v3 和 HadISST) 进 行 相 关 分 析 , 结 果 显示 在 北 大 西 洋 区 域 两 者 的 相 关 分 布 也 基 本 一 致 ( 图略 ), 即 利 用 不 同 来 源 的 SST 数 据 集 都 可 以 较 好 地揭 示 出 春 季 NAO 与 北 大 西 洋 SST 的 年 际 相 关 关 系在 1970s 前 后 的 年 代 际 变 化 . 因 此 , 本 文 所 得 结 论 对资 料 来 源 不 存 在 明 显 的 依 赖 性 .图 10 总 结 了 春 季 NAO 与 EASM 之 间 的 年 际相 关 关 系 在 1970s 发 生 转 变 的 可 能 机 制 . 其 中 , 春 季NAO 与 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 的 年 际 相 关 关系 在 1970s 的 转 变 可 能 是 导 致 前 者 与 EASM 的 年际 相 关 关 系 也 在 1970s 发 生 转 变 的 直 接 原 因 , 而 前一 转 变 则 与 前 期 冬 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 密切 相 关 .

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析393图 9(a) 和 (b) 分 别 同 图 3a 和 3e, 但 为 CPC 提 供 的 NAO 指 数 . 由 于 该 指 数 的时 间 序 列 最 早 始 于 1950 年 1 月 , 所 以 (a) 中 的 时 间 段 为 1950~1978Fig.9(a)and (b)thesameasFig.3aandFig.3e,respectively,butfortheNAOindexobtainedfrom CPC (NAO_CPC).SincetheNAO_CPCtimeseriesstartedinJan1950,theperiodwas1950~1978in (a)图 10春 季 NAO 与 东 亚 夏 季 风 年 际 相 关 关 系 在 1970s 发 生 转 变 的 可 能 机 制 的 简 要 概 念 图SSTA 表 示 海 温 距 平 , 实 型 箭 头 表 示 作 用 方 向 .Fig.10 SchematicdiagramofthepossiblemechanismsforchangeoftherelationshipbetweenspringNAOandEastAsiansummermonsooninthe1970sSSTArepresentstheseasurfacetemperatureanomaly.Solidarrowindicatestheinteractiondirection.5 结 论 与 讨 论本 文 利 用 1948~2009 年 期 间 NCEP/NCAR 提供 的 海 平 面 气 压 (SLP) 和 NOAA 提 供 的 海 表 面 温度 (SST), 研 究 了 北 大 西 洋 涛 动 (NAO) 与 东 亚 夏 季风 (EASM) 之 间 年 际 相 关 关 系 的 年 代 际 变 化 特 征 ,以 及 它 们 与 北 大 西 洋 海 温 异 常 (SSTA) 的 联 系 . 分析 结 果 表 明 , 夏 季 (6~8 月 )EASM 与 前 期 春 季 (4~5 月 )NAO 之 间 存 在 显 著 的 年 际 相 关 关 系 , 但 这 种关 系 具 有 明 显 的 年 代 际 变 化 特 征 , 即 在 1970s 发 生了 由 正 相 关 到 负 相 关 的 转 变 . 进 一 步 的 合 成 分 析 指出 , 春 季 NAO 与 EASM 之 间 年 际 相 关 关 系 的 转变 , 与 春 季 和 前 期 冬 季 (12~3 月 ) 北 大 西 洋 海 盆 尺度 的 海 气 耦 合 模 , 即 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 的影 响 作 用 密 切 相 关 . 春 季 NAO 异 常 对 EASM 年 际变 化 的 影 响 主 要 依 赖 于 前 者 所 激 发 的 SSTA 三 极子 模 态 由 春 季 到 夏 季 的 记 忆 性 [15] . 然 而 , 我 们 发 现春 季 SSTA 三 极 子 模 态 不 但 受 到 同 期 春 季 NAO 异常 的 直 接 控 制 , 而 且 还 会 受 到 前 期 冬 季 NAOSSTA三 极 子 耦 合 模 的 增 强 或 削 弱 作 用 . 而 后 者 的 作 用 方向 ( 增 强 或 削 弱 ), 取 决 于 春 季 与 前 期 冬 季 NAO 的位 相 配 置 及 其 振 幅 大 小 . 由 于 20 世 纪 中 期 以 来 冬 季NAO 存 在 显 著 的 年 代 际 变 化 特 征 , 但 春 季 NAO 的年 代 际 变 化 特 征 却 不 明 显 , 从 而 导 致 了 两 者 的 位 相配 置 也 存 在 显 著 的 年 代 际 变 化 特 征 . 其 中 , 对 应 于 春季 NAO 正 / 负 位 相 异 常 , 在 1970s 之 前 前 期 冬 季NAO 多 为 负 位 相 异 常 , 而 且 后 者 的 平 均 振 幅 往 往 偏强 ; 在 1970s 之 后 前 期 冬 季 NAO 多 为 正 位 相 异 常 ,但 后 者 的 平 均 振 幅 较 弱 . 因 此 , 在 1970s 之 前 , 前 期

394地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷冬 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模 对 春 季 SSTA 三 极子 模 态 存 在 显 著 的 影 响 作 用 , 但 这 种 影 响 作 用 是 非对 称 的 , 即 前 者 主 要 对 后 者 的 正 位 相 异 常 存 在 明 显的 削 弱 作 用 ; 在 1970s 之 后 , 前 者 对 后 者 则 不 存 在 明显 的 影 响 作 用 . 前 期 冬 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合模 这 种 具 有 年 代 际 变 化 且 非 对 称 性 的 影 响 作 用 与 春季 NAO 对 称 的 影 响 作 用 相 叠 加 , 引 起 了 春 季 NAO与 同 期 SSTA 三 极 子 模 态 之 间 年 际 相 关 关 系 的 明显 年 代 际 变 化 , 最 终 导 致 了 春 季 NAO 与 EASM 年际 相 关 关 系 在 1970s 的 转 变 . 此 外 , 我 们 分 别 利 用 不同 来 源 的 SST 数 据 集 和 不 同 定 义 的 NAO 指 数 进 行对 比 分 析 , 其 结 果 显 示 本 文 所 得 结 论 对 资 料 来 源 不存 在 明 显 的 依 赖 性 .[15]Wu 等 将 冬 季 和 春 季 ENSO、 春 季 NAO 作为 影 响 因 子 , 建 立 了 一 个 EASM 季 节 预 测 经 验 模式 . 他 们 认 为 , 就 EASM 年 际 变 率 而 言 , 该 模 式 具 有和 14 个 国 际 一 流 气 候 模 式 集 合 预 报 结 果 相 当 的 预报 能 力 . 然 而 , 根 据 本 文 的 研 究 结 果 可 以 推 断 , 由 于这 个 模 式 没 有 考 虑 冬 季 NAOSSTA 三 极 子 耦 合 模的 影 响 作 用 , 所 以 它 的 预 报 能 力 是 不 稳 定 的 . 由 于 冬季 和 春 季 NAO 异 常 对 后 期 EASM 年 际 变 化 的 影响 依 赖 于 下 垫 面 的 持 续 性 异 常 , 而 冬 季 NAO 的 年际 变 率 明 显 大 于 春 季 的 , 因 此 , 本 文 的 结 果 表 明 冬 季NAO 异 常 所 激 发 的 北 大 西 洋 海 温 异 常 对 该 区 域 后期 SST 的 演 变 可 能 具 有 不 可 忽 略 的 影 响 . 所 以 , 在利 用 春 季 NAO 作 为 影 响 因 子 来 预 测 EASM 年 际变 率 的 过 程 中 , 我 们 不 但 需 要 考 虑 春 季 NAO 的 年际 变 率 , 还 要 考 虑 春 季 与 前 期 冬 季 NAO 的 位 相 配置 及 其 振 幅 大 小 . 另 外 , 春 季 欧 亚 大 陆 地 表 气 温 的 年际 变 化 与 前 期 冬 季 NAO 异 常 密 切 相 关 , 而 且 前 者也 能 够 从 春 季 持 续 到 夏 季 , 进 而 对 东 亚 夏 季 气 候 产生 影 响[7]. 实 际 上 , 冬 季 和 春 季 NAO 异 常 所 激 发 的下 垫 面 异 常 ( 包 括 北 大 西 洋 SSTA 和 欧 亚 大 陆 地 表气 温 异 常 ), 均 是 通 过 影 响 与 EASM 密 切 相 关 的 中高 纬 度 环 流 系 统 的 年 际 变 化 , 进 而 引 起 EASM 年 际异 常 . 而 且 , 北 大 西 洋 SSTA 三 极 子 模 态 对 大 气 环流 的 显 著 影 响 已 经 得 到 了 数 值 试 验 的 验 证 [15,32] . 为此 , 在 未 来 的 工 作 中 , 如 何 结 合 数 值 模 式 有 效 地 利 用冬 季 和 春 季 NAO 异 常 信 号 来 预 报 EASM 年 际 变率 仍 有 待 进 一 步 研 究 .致 谢 感 谢 国 家 气 候 中 心 孙 丞 虎 博 士 和 顾 薇 博 士对 本 文 初 稿 提 出 的 修 改 建 议 , 感 谢 两 位 匿 名 评 审 专家 提 出 的 宝 贵 建 议 !参 考 文 献 (References)[1] DingY H.SummermonsoonrainfalsinChina. 犑 . 犕 犲 狋 狅 狉 狅 犾 .犛 狅 犮 . 犑 狆 狀 .,1992,70:373396.[2] HuangR H,ZhouL T,Chen W.TheprogressesofrecentstudiesonthevariabilitiesoftheEast Asian Monsoonandtheircauses. 犃 犱 狏 . 犃 狋 犿 狅 狊 . 犛 犮 犻 .,2003,20(1):5569.[3] 徐 海 明 , 何 金 海 , 姚 永 红 . 江 淮 入 梅 的 年 际 变 化 与 前 冬 环 流的 联 系 及 其 可 能 成 因 . 南 京 气 象 学 院 学 报 ,1999,22(2):246253.XuH M,HeJ M,YaoY H.InterannualvariabilityoftheMeiyu onset and its association with the atmosphericcirculationintheprevious winterand possiblecauses. 犑 .犖 犪 狀 犼 犻 狀 犵 犐 狀 狊 狋 . 犕 犲 狋 狅 狉 狅 犾 .(inChinese),1999,22(2):246253.[4] 龚 道 溢 , 朱 锦 红 , 王 绍 武 . 长 江 流 域 夏 季 降 水 与 前 期 北 极 涛动 的 显 著 相 关 . 科 学 通 报 ,2002,47(7):546549.GongD Y,ZhuJ H,WangS W.Significantrelationshipbetween spring AO and the summer rainfal along theYangtzeRiver. 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犛 犮 犻 . 犅 狌 犾 .,2002,47(11):948951.[5] GongD Y,HoC H.ArcticOscilationsignalsintheEastAsian summer monsoon. 犑 . 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 .,2003,108(D2):4066,doi:10.1029/2002JD002193.[6] Sung M K,Kwon W T,BaekHJ,etal.ApossibleimpactoftheNorth AtlanticOscilationontheEastAsiansummermonsoon precipitation. 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 . 犔 犲 狋 .,2006,33:L21713,doi:10.1029/2006GL027253.[7] 沈 学 顺 , 木 本 昌 秀 . 春 季 欧 亚 大 陆 地 表 气 温 变 化 特 征 的 气 候意 义 . 大 气 科 学 ,2007,31(1):1927.ShenX,Kimoto M.Studiesoftheinterannualvariabilityofspringtime Eurasian surface air temperature. 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 .犃 狋 犿 狅 狊 . 犛 犮 犻 .(inChinese),2007,31(1):1927.[8] 李 崇 银 , 顾 薇 , 潘 静 . 梅 雨 与 北 极 涛 动 及 平 流 层 环 流 异 常 的关 联 . 地 球 物 理 学 报 ,2008,51(6):16351641.Li C, Gu W, Pan J. Meiyu, Arctic Oscilation andstratosphericcirculationanomalies. 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 . 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 .(inChinese),2008,51(6):16351641.[9] Gu W,LiC Y,Li W J,etal.InterdecadalunstationaryrelationshipbetweenNAOandeastChina′ssummerprecipitationpaterns. 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 . 犔 犲 狋 .,2009,36:L13702,doi:10.1029/2009GL038843.[10] YuRC,ZhouTJ.ImpactsofwinterNAOonMarchcoolingtrendsoversubtropicalEurasiacontinentintherecenthalfcentury. 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 . 犔 犲 狋 .,2004,31:L12204,doi:10.1029/2004GL019814.[11] XinX G,YuRC,ZhouTJ,etal.DroughtinlatespringofSouthChinainrecentdecades. 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2006,19(13):31973206.[12] YuR,ZhouT.Seasonalityandthreedimensionalstructureofinterdecadal change in the East Asian monsoon. 犑 .犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2007,20(21):53445355.[13] Xin X,Zhou T,Yu R.Increased Tibetan Plateau snow

2 期左 金 清 等 : 春 季 北 大 西 洋 涛 动 与 东 亚 夏 季 风 年 际 关 系 的 转 变 及 其 可 能 成 因 分 析395depth:Anindicator ofthe connection between enhancedwinterNAO andlatespringtroposphericcoolingoverEastAsia. 犃 犱 狏 . 犃 狋 犿 狅 狊 . 犛 犮 犻 .,2010,27(4):788794.[14] OgiM,TachibanaY,YamazakiK.ImpactofthewintertimeNorth Atlantic Oscilation (NAO ) on the summertimeatmosphericcirculation. 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 . 犔 犲 狋 .,2003,30:1704,doi:10.1029/2003GL017280.[15] WuZ W,Wang B,LiJP,etal.AnempiricalseasonalpredictionmodeloftheEast Asiansummer monsoonusingENSOand NAO. 犑 . 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 . 犚 犲 狊 .,2009,114:D18120,doi:10.1029/2009JD011733.[16] ChangC P,Harr P,Ju J H.Possiblerolesof AtlanticcirculationsontheweakeningIndianmonsoonENSOrelationship.犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2001,14:23762380.[17] Kalnay E,Kanamitsu M,Kistler R,etal.The NCEP/NCAR 40year reanalysis project. 犅 狌 犾 . 犃 犿 . 犕 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 .犛 狅 犮 .,1996,77(3):437472.[18] Smith T M, Reynolds R W, Peterson T C, et al.Improvements to NOAA′s historical merged landoceansurfacetemperatureanalysis (1880-2006). 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2008,21(10):22832296.[19] LiJP,WangJXL.Anew NorthAtlanticOscilationindexanditsvariability. 犃 犱 狏 . 犃 狋 犿 狅 狊 . 犛 犮 犻 .,2003,20(5):661676.[20] WangB,Fan Z.ChoiceofSouth Asiansummer monsoonindices. 犅 狌 犾 . 犃 犿 . 犕 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 . 犛 狅 犮 .,1999,80(4):629638.[21] WangB, Wu Z W,LiJ P,etal.How to measurethestrengthoftheeast Asiansummer monsoon? 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2008,21(17):44494463.[22] DeserC,TimlinM.Atmosphereoceaninteractiononweeklytimescalesinthe North Atlanticand Pacific. 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,1997,10:393408.[23] CzajaA,FrankignoulC.ObservedimpactofAtlanticSSTanomaliesonthe North Atlantic oscilation. 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,2002,15:606623.[24] CayanDR.Latentandsensibleheatfluxanomaliesoverthenorthernoceans:Drivingtheseasurfacetemperature. 犑 .犘 犺 狔 狊 . 犗 犮 犲 犪 狀 狅 犵 狉 .,1992,22:859881.[25] Kushnir Y.Interdecadalvariationsin North Atlanticseasurfacetemperatureandassociatedatmosphericcondition. 犑 .犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,1994,7(1):141157.[26] Delworth T L.North Atlanticinterannualvariabilityinacoupled OceanAtmosphere model. 犑 . 犆 犾 犻 犿 犪 狋 犲 ,1996,9(10):23562375.[27] 周 天 军 , 宇 如 聪 , 郜 永 琪 等 . 北 大 西 洋 年 际 变 率 的 海 气 耦 合模 式 模 拟 Ⅰ: 局 地 海 气 相 互 作 用 . 气 象 学 报 ,2006,64(1):117.ZhouT J,Yu R C,Gao Y Q,etal.Oceanatmospherecoupled model simulation of North Atlantic interannualvariability Ⅰ:Localairseainteraction. 犃 犮 狋 犪 犕 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪犛 犻 狀 犻 犮 犪 (inChinese),2006,64(1):117.[28] 周 天 军 , 宇 如 聪 , 郜 永 琪 等 . 北 大 西 洋 年 际 变 率 的 海 气 耦 合模 式 模 拟 I: 热 带 太 平 洋 强 迫 . 气 象 学 报 ,2006,64(1):1829.ZhouT J,Yu R C,Gao Y Q,etal.Oceanatmospherecoupled model simulation of North Atlantic interannualvariability Ⅱ:Tropicalteleconnection. 犃 犮 狋 犪 犕 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪犛 犻 狀 犻 犮 犪 (inChinese),2006,64(1):1829.[29] Hurrel J W. Decadal trends in the North Atlanticoscilation:regionaltemperaturesandprecipitation. 犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 ,1995,269(5224):676679.[30] RaynerNA,ParkerDE,HortonEB,etal.Globalanalysesofseasurfacetemperature,seaice,and night marineairtemperaturesincethelatenineteenthcentury. 犑 . 犌 犲 狅 狆 犺 狔 狊 .犚 犲 狊 .,2003,108(D14):4407,doi:10.1029/2002JD002670.[31] BarnstonA G,LivezeyR E.Classification,seasonalityandpersistenceoflowfrequencyatmosphericcirculationpaterns.犕 狅 狀 . 犠 犲 犪 . 犚 犲 狏 .,1987,115:10831126.[32] 李 建 , 周 天 军 , 宇 如 聪 . 利 用 大 气 环 流 模 式 模 拟 北 大 西 洋 海温 异 常 强 迫 响 应 . 大 气 科 学 ,2007,31(4):561570.LiJ,ZhouTJ,YuRC.AtmosphericresponsetotheNorthAtlanticSSTanomaliesinCAM2. 犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲 犑 . 犃 狋 犿 狅 狊 . 犛 犮 犻 .(inChinese),2007,31(4):561570.( 本 文 编 辑 何 燕 )