北极涛动与北大西洋涛动的差异

根据北极涛动和北大西洋涛动指数的时间序列,选取两者差异较大的13个年份进行合成分析。结果表明：除北太平洋地区外,北极涛动与北大西洋涛动差异最显著的区域是西欧-地中海区域和亚洲东北部地区。北极涛动高指数阶段,对流层中层为纬向二波的驻波型,分别对应于极地-欧亚遥相关型和太平洋-北美遥相关型。同时,纬向平均纬向风偶极型使西风急流向极地偏移,与增强的中纬度经圈环流相互作用,引导对流层上层异常信号向下传播,形成高低空耦合机制。进一步分析发现,这种中纬度经圈环流异常和高低空耦合形势的差异主要表现在欧亚大陆地区;在北大西洋区域差异并不显著。     

北半球环状模波流相互作用动力学研究进展

总结了国内外学者对于北半球环状模（NAM：Northern Hemisphere Annular Mode）及其活动中心形成原因的研究成果。主要从NAM的天气、气候影响,波流相互作用原理对NAM形成的解释,NAM在北太平洋、北大西洋和北极3个区域活动中心的天气尺度波和行星尺度波活动等方面论述。NAM在对流层的变化与天气尺度波有关,北太平洋和北大西洋两个活动中心是天气尺度波活跃的区域,其峰值区表现为风暴轴,其中北大西洋天气尺度波破碎过程会使得NAM指数急剧变化。NAM在平流层的变化和准定常行星波关系密切,冬季准定常行星波会上传并与高纬平流层纬向流发生相互作用,从而引起北极极涡发生改变。准定常行星波将NAM 3个活动中心有机联系起来：对流层准定常行星波的纬向传播会影响北太平洋风暴轴的位置,而风暴轴的变化会影响下游北大西洋波破碎过程,同时准定常行星波的上传可以影响极涡活动。     

下边界条件对北极涛动影响的数值模拟研究

利用NCAR大气模式CAM3.0探讨了包括山脉和海陆分布等下边界条件对北极涛动(AO)或北半球环状模(NAM)形成的影响.主要进行了控制试验和两个地形敏感性数值试验,对比了控制试验结果与资料分析结果.控制试验和NCEP/NCAR资料分析结果对比指出,CAM3.0模式能够较好地模拟出AO的水平环状结构和垂直相当正压结构.在去除山脉的敏感性试验中发现,AO中纬度北太平洋和北大西洋两个活动中心的强度、范围和位置发生变化.在水球敏感性试验中发现,AO两个大洋上的活动中心被环绕极地主活动中心的环状结构代替.两个敏感性试验共同表明,AO是大气内部某种过程作用的结果,它的存在本身不取决于下边界条件的改变.山脉和海陆分布主要影响的是AO的具体形态.通过控制试验和两个敏感性试验对比,又分析了准定常波和瞬变波对AO的影响.去除山脉和海陆分布热力差异共同强迫的准定常波,AO纬向平均纬向风高纬地区平流层异常最大值活动中心消失,这表明在平流层准定常波和纬向平均流的相互作用与AO活动关系密切.在只有对流层瞬变波作用时,AO仍然存在,表明准定常波不是AO存在的必要条件.平流层准定常波与平均流的相互作用和对流层瞬变波与平均流的相互作用与AO形成之间的具体关系有待通过E-P通量诊断进一步确定.     

我国西北地区气候变化与北极涛动的交叉小波分析

运用交叉小波方法分析了近56 a来我国西北地区气候变化与北极涛动指数（AOI）、欧亚纬向环流指数之间的联系,讨论了西北地区冬季气温和夏季降水变化与同期AOI之间的多时间尺度相关。结果表明,AOI、西北地区降水和气温变化都存在着不同尺度的周期振荡,西北地区降水与AOI之间存在准3 a尺度的显著共振周期,而AOI与西北地区气温变化的多时间尺度相关表现为准2a、3-5 a和8-11 a左右的显著相关振荡且以8-11 a共振周期的凝聚性最强;AO对西北地区气温变化的影响比对降水的影响更显著,与其年代际尺度的相互作用有关。当冬季北极涛动处于正相位时,欧亚纬向环流偏强,西北地区冬季气温偏高。夏季西北地区降水变化与前期北极涛动指数异常密切相关,这对于西北地区夏季降水变化预测具有重要的参考意义。     

夏季北大西洋涛动的过去、现在和未来

北大西洋-欧洲的夏季气候年际变化与著名的冬季北大西洋涛动相似。本文定义夏季北大西洋涛动（SNAO）为夏季北大西洋温带平均海平面气压的经验正交函数（EOF）第一特征向量。与冬季北大西洋涛动相比,SNAO位置更北、空间尺度更小。SNAO也可用聚类分析来检测,它在日和月的时间尺度上具有近似等价的正压结构。尽管它比冬季北大西洋涛动的振幅要小,但因夏季北大西洋风暴路径的位置,SNAO对欧洲北部的降水、温度、多云天气形成强烈影响。因此,它是欧洲西北部发生夏季气候极端事件的重要影响因素,这些极端事件包括洪水、干旱、酷热。众所周知,厄尔尼诺一南方涛动（ENSO）影响夏季的欧洲气候,但SNAO的年际变化受ENSO的影响很小。在年代际时间尺度上,模拟和观测结果均表明SNAO一定程度上与大西洋多年代涛动（AMO）相关。SNAO变化可以追溯到很久以前,用树轮资料重建的1706年以来SNAO变化可以证实这一点。长期的器测资料,像英格兰中部的温度资料,可验证该重建的正确性。最后,有两种气候模式均能模拟SNAO的目前状况,并预测未来随全球温室气体浓度增加,SNAO指数正位相发展趋势更强,这意味着夏季的欧洲西北部将有长期干旱的可能性。     

2008年1月中国低温与北大西洋涛动和平流层异常活动的联系

运用中国160站月平均气温和NCEP/NCAR 再分析数据, 在结合近30年中国1月地面气温年际异常变化可能机理基础上, 分析了2008年1月气温异常变化的原因。结果表明: 2008年1月中国大范围气温异常偏低, 其异常变化与同期北大西洋西风急流及其相联系的北大西洋涛动遥相关环流异常有密切的关系。北大西洋急流加强东扩, 北大西洋涛动正异常, 从北大西洋经欧亚中高纬到中国北方出现波状环流异常, 贝加尔湖南侧气压偏高, 冷空气活动偏强, 是中国1月气温偏低的主要环流因子。进一步分析发现, 2008年1月中国低温还受到了平流层的影响。平流层环流异常开始于2007年9月, 对流层从2007年12月开始, 两者都在2008年1月达到最强。从平流层环流显著异常的波源区有异常的波作用量向西向下传播, 在北大西洋东部到西欧上空平流层和对流层的波向量耦合, 导致对流层该地区上空高压脊扰动加强, 扰动向北的经向热输送异常偏强, 锋区向北扩展, 相应急流异常偏北东扩; 通过波流相互作用, 扰动能量向下游频散, 引起相应遥相关环流异常, 导致2008年1月中国低温。     

夏季北极涛动的时空特征

运用NCEP/NCAR SLP再分析月资料,分析研究了北极涛动的季节性差异,着重讨论了夏季北极涛动的时空特征。结果表明,除了强弱的季节差异,夏季北极涛动与冬季北极涛动在空间模态上也存在较大差异,主要表现在夏季北极涛动的中纬度强活动中心从北大西洋地区转移到亚洲大陆上,其亚洲中心只在对流层低层比较明显,强度随高度增加而减小,因而在对流层中呈现出比冬季北极涛动更强的斜压性。这种模态在年际和月际时间尺度上均有所体现。夏季北极涛动在近50年来一直存在稳定的准22年周期,其次为6~7年周期。另外,从1970年左右开始出现准2年周期振荡,而1970年代以前准2年周期不明显。     

冬季北大西洋涛动极端异常变化与东亚冬季风

依据资料分析发现,冬季北大西洋涛动指数与冬季西伯利亚高压范围呈反向变化关系,冬季北大西洋涛动指数异常偏高（低）时期,30～50oN的亚洲大陆中部气压显著偏低（高）,致使冬季西伯利亚高压和东亚冬季风减弱（增强）以及亚洲大陆北部气温显著偏高（低）。冬季西伯利亚高压范围异常变化对北大西洋涛动没有显著的影响,其对北半球海平面气压、850 hPa温度的影响也明显要弱于北大西洋涛动的影响。     

大气涛动

<正>大气涛动的研究至今已有百年以上的历史。19世纪末,当人们开始绘制月平均海平面气压图时,就发现了"大气活动中心",即相对稳定的高压区或低压区。有些低压及高压终年存在,被称为永久性活动中心,如北大西洋上的冰岛低压和亚述尔高压、北太平洋上的阿留申     

1—3月北极涛动对北半球热带太平洋和大西洋对流活动的可能影响

利用1979—2008年日分辨率的向外长波辐射资料以及NCEP再分析资料,去除ENSO影响后,分析了1—3月北极涛动对热带太平洋和热带大西洋对流活动及降水的可能影响。结果表明北极涛动偏强(弱)时,热带太平洋和大西洋对流活动显著偏强(弱)。北半球热带大洋冬季平均向外长波辐射与北极涛动指数的相关系数存在两个显著负相关区:一个位于中太平洋区,大致包括13°—20°N、160°E—170°W;另外一个位于热带大西洋,显著区覆盖的范围大体包括5°—20°N、15°—70°W。这些区域的降水量也表现出显著的正相关。向外长波辐射、强对流面积指数、强对流强度指数、平均降水量等指标与北极涛动指数的相关均以冬季同期最高,随时间滞后相关迅速减弱。与此对应的对流层低层大气环流也有显著变化,850hPa风场的变化表现为热带太平洋有异常的气旋性环流,气旋中心区与显著强对流和降水异常区一致。而热带大西洋有显著的经向环流辐合和风切变,与异常对流和降水区吻合。海洋模式的模拟结果表明,与北极涛动有关联的海温分布,很大程度上与大气强迫有关,说明热带1—3月降水和对流活动与海温的关联较弱。北极涛动与热带太平洋、大西洋对流和降水活动之间主要是通过大气环流的变动产生联系的。     

Arctic Oscillation and Antarctic Oscillation in Internal Atmospheric Variability with an Ensemble AGCM Simulation

In this study, we investigated the features of Arctic Oscillation （AO） and Antarctic Oscillation （AAO）, that is, the annular modes in the extratropics, in the internal atmospheric variability attained through an ensemble of integrations by an atmospheric general circulation model （AGCM） forced with the global observed SSTs. We focused on the interannual variability of AO/AAO, which is dominated by internal atmospheric variability. In comparison with previous observed results, the AO/AAO in internal atmospheric variability bear some similar characteristics, but exhibit a much clearer spatial structure： significant correlation between the North Pacific and North Atlantic centers of action, much stronger and more significant associated precipitation anomalies, and the meridional displacement of upper-tropospheric westerly jet streams in the Northern/Southern Hemisphere. In addition, we examined the relationship between the North Atlantic Oscillation （NAO）/AO and East Asian winter monsoon （EAWM）. It has been shown that in the internal atmospheric variability, the EAWM variation is significantly related to the NAO through upper-tropospheric atmospheric teleconnection patterns.     

Teleconnections of Inter-Annual Streamflow Fluctuation in Slovakia with Arctic Oscillation, North Atlantic Oscillation, Southern Oscillation, and Quasi-Biennial Oscillation Phenomena

The aim of the paper is to analyze a possible teleconnection of Quasi-Biennial Oscillation （QBO）, Southern Oscillation （SO）, North Atlantic Oscillation （NAO）, and Arctic Oscillation （AO） phenomena with longterm streamflow fluctuation of the Bela River （1895-2004） and Cierny Hron River （1931-2004） （central Slovakia）. Homogeneity, long-term trends, as well as inter-annual dry and wet cycles were analyzed for the entire 1895-2004 time series of the Bela River and for the 1931-2004 time series of the Cierny Hron River. Inter-annual fluctuation of the wet and dry periods was identified using spectral analysis. The most significant period is that of 3.6 years. Other significant periods are those of 2.35 years, 13.5 years, and 21 years. Since these periods were found in other rivers of the world, as well as in SO, NAO, and AO phenomena, they can be considered as relating to the general regularity of the Earth.     

热带季节内振荡与北大西洋涛动年际变化的关系

运用K均值聚类法将冬季北大西洋及欧洲地区的天气流型分为4种不同的流型。研究了不同阶段8种不同位相的热带季节内振荡（MJO）与这4种流型的年际变化的关系。通过一系列的对比试验发现,K均值聚类法划分得到的不同位相的北大西洋涛动（NAO）的天数能很好地反映NAO指数;无论是在1978～1990年（简称为P1阶段）还是在1991～2010年（简称为P2阶段）,MJO第3（6）位相影响NAO正（负）位相;但在P1阶段存在NAO的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由弱的负位相转换为正位相,当MJO处于第6位相时, NAO由正位相转换为负位相;而在P2阶段NAO并没有明显的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由偶极子结构转换为波列结构。     

北极涛动与东亚冬季气候在年际尺度上的联系:准定常行星波的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月平均气温资料,首先采用线性回归的方法分析了从1958至1998年40个冬季北极涛动(AO)与东亚气候异常的关系.结果表明,当AO处于正位相时,东亚地区200 hPa的急流明显北跳,东亚大槽显著减弱,而在中国的华北、东北到西伯利亚出现大范围的地表南风异常,使得低空从西伯利亚到我国的东北、华北以及韩国、日本有显著的暖异常; 而当AO处于负位相时,则往往出现相反的情形.进一步的相关和合成分析发现,准定常行星波活动可以在AO与东亚气候之间起到桥梁作用.AO可以通过影响中高纬平流层下层的西风强弱,进而影响到准定常行星波的垂直传播,使得对流层下层中高纬地区的行星波振幅发生变化,从而导致低层的西伯利亚高压和阿留申低压同时减弱或增强,最终导致东亚地区异常偏暖或偏冷; 其中低层中高纬地区纬向波数2的扰动对西伯利亚高压和阿留申低压的变化起了最主要的作用.作者提出的AO通过影响准定常行星波的活动而导致东亚气候异常的机理,不但强调了西伯利亚高压的贡献,而且特别从波动的意义上强调了阿留申低压的重要性.文中还讨论了值得进一步研究的有关问题.     

CMIP5模式对春季北极涛动影响后期冬季ENSO不对称性的模拟能力分析

根据观测资料的研究指出春季北极涛动(Arctic Oscillation, AO)对随后冬季厄尔尼诺-南方涛动(El Nino–Southern Oscillation, ENSO)的影响具有明显不对称性。春季AO处于正位相时,它对随后冬季厄尔尼诺(El Nino)事件的影响显著,然而春季AO负位相对随后冬季拉尼娜(La Nina)的影响不明显。本研究分析了30个来自CMIP5的耦合模式对春季AO与随后冬季ENSO不对称性关系的模拟能力。30个CMIP5耦合模式中,只有CNRM-CM5和GISS-E2-H-CC模式能较好地抓住春季AO与冬季ENSO的联系。进一步分析这两个模式中春季AO与冬季ENSO的不对称性关系,发现CNRM-CM5模式能较好地再现春季AO与冬季ENSO的非对称关系,即春季AO正(负)位相会导致赤道中东太平洋出现El Nino(La Nina)型海表温度增暖(冷却)。然而,GISS-E2-H-CC模式的模拟结果显示,春季AO对随后冬季ENSO的影响是对称的。本文随后解释了CNRM-CM5(GISS-E2-H-CC)模式能(不能)模拟出春季AO与冬季ENSO不对称关系的原因。对于CNRMCM5模式,在春季AO正位相年,副热带西北太平洋上空存在明显的异常气旋和正降水异常,正降水异常通过Gill型大气响应对赤道西太平洋异常西风的形成和维持起着重要作用,异常西风通过激发向东传播的暖赤道Kelvin波对随后冬季El Nino事件的发生产生显著的影响;然而,在春季AO负位相年,副热带北太平洋的异常反气旋和负降水异常较弱,导致赤道西太平洋的异常东风不明显,因此,春季AO负异常对随后冬季La Nina的影响不显著。所以,CNRM-CM5模式能够较好地抓住春季AO对随后冬季ENSO事件的非对称性影响。相比之下,对于GISS-E2-H-CC模式,春季AO正(负)位相年副热带西北太平洋上存在显著的正(负)降水异常,通过Gill型大气响应在赤道西太平洋激发出明显的异常西(东)风从而影响随后冬季的El Nino(La Nina)事件。因此,在GISS-E2-H-CC模式中,春季AO对随后冬季ENSO具有对称性影响。另外,模式捕捉春季AO对随后冬季ENSO非对称性影响的能力与模式对春季AO空间结构的模拟能力有一定的联系。     

南极涛动和北半球大气环流异常的联系

使用ECMWF逐日再分析资料分析研究了北半球冬季南极涛动和北半球大气环流异常之间的联系。资料的分析结果表明, 南极涛动和滞后其25～40天位于北大西洋地区的一个弱的类似于北大西洋涛动 (North Atlantic Oscillation, 简称NAO) 的偶极子模态, 以及伴随这一偶极子模态而出现的北半球中纬度纬向风异常之间存在着统计上的联系。处于正 (负) 位相的南极涛动对应着滞后25～40天后, 北大西洋高纬极区出现位势高度负 (正) 异常, 副热带大西洋出现位势高度正 (负) 异常; 同时, 在北半球中高纬度地区(45°N～65°N) 出现西 (东) 风异常, 中低纬度地区(25°N～40°N)出现东 (西) 风异常。文中也对资料分析结果进行了简单的动力学分析, 表明与南极涛动相联系的涡动动量异常是驱动北半球纬向平均纬向风异常的主要原因。     

北方涛动同北半球温带大气环流的遥相关(一)——基本结构

本文利用1951—1980年逐季的平均值资料(共120个季)讨论了北方涛动和与其相联系的北太平洋海温与北半球海平面气压场、500hPa位势高度场遥相关的基本结构,并与南方涛动和赤道东太平洋海温的结果进行了对比分析.发现北太平洋Namias海区和加利福尼亚海流区海温的变化与北方涛动具有很密切的联系;北方涛动和这两个海区的海温同北半球中高纬度大气环流特别是PNA型和NAO型环流异常存在明显的遥相关关系;南方涛动和赤道太平洋海温同WP型或NPO型环流异常关系比较密切,而与PNA型和NAO型的关系不如北方涛动和Namias海区及加利福尼亚海流区海温的显著.     

A brief introduction to the issue of climate and marine fisheries

Climatic variability has profound effects on the distribution, abundance and catch of oceanic fish species around the world. The major modes of this climate variability include the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) events, the Pacific Decadal Oscillation (PDO) also referred to as the Interdecadal Pacific Oscillation (IPO), the Indian Ocean Dipole (IOD), the Southern Annular Mode (SAM) and the North Atlantic Oscillation (NAO). Other modes of climate variability include the North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) and the Arctic Oscillation (AO). ENSO events are the principle source of interannual global climate variability, centred in the ocean–atmosphere circulations of the tropical Pacific Ocean and operating on seasonal to interannual time scales. ENSO and the strength of its climate teleconnections are modulated on decadal timescales by the IPO. The time scale of the IOD is seasonal to interannual. The SAM in the mid to high latitudes of the Southern Hemisphere operates in the range of 50–60 days. A prominent teleconnection pattern throughout the year in the Northern Hemisphere is the North Atlantic Oscillation (NAO) which modulates the strength of the westerlies across the North Atlantic in winter, has an impact on the catches of marine fisheries. ENSO events affect the distribution of tuna species in the equatorial Pacific, especially skipjack tuna as well as the abundance and distribution of fish along the western coasts of the Americas. The IOD modulates the distribution of tuna populations and catches in the Indian Ocean, whilst the NAO affects cod stocks heavily exploited in the Atlantic Ocean. The SAM, and its effects on sea surface temperatures influence krill biomass and fisheries catches in the Southern Ocean. The response of oceanic fish stocks to these sources of climatic variability can be used as a guide to the likely effects of climate change on these valuable resources.     

Subseasonal variability and predictability of the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation in BCC_AGCM2.2

The subseasonal variability and predictability of the Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation (AO/NAO) is evaluated using a full set of hindcasts generated from the Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model version 2.2 (BCC_AGCM2.2). It is shown that the predictability of the monthly mean AO/NAO index varies seasonally, with the highest predictability during winter (December–March) and the lowest during autumn (August–November), with respect to both observations and BCC_AGCM2.2 results. As compared with the persistence prediction skill of observations, the model skillfully predicts the monthly mean AO/NAO index with a one-pentad lead time during all winter months, and with a lead time of up to two pentads in December and January. During winter, BCC_AGCM2.2 exhibits an acceptable skill in predicting the daily AO/NAO index of ∼9 days, which is higher than the persistence prediction skill of observations of ∼4 days. Further analysis suggests that improvements in the simulation of storm track activity, synoptic eddy feedback, and troposphere–stratosphere coupling in the Northern Hemisphere could help to improve the prediction skill of subseasonal AO/NAO variability by BCC_AGCM2.2 during winter. In particular, BCC_AGCM2.2 underestimates storm track activity intensity but overestimates troposphere–stratosphere coupling, as compared with observations, thus providing a clue to further improvements in model performance.