北极涛动和南极涛动的年变化特征

北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)和南极涛动(Antarctic Oscillation,简称AAO)分别用于描述北半球和南半球热带外气候变率的主要模态,它们分别是北半球和南半球中纬度和高纬度之间气压变化的跷跷板结构.作者利用1958年1月～1999年12月的NCEP/NCAR全球再分析月平均资料、北极涛动指数IAO和南极涛动指数IAAO来研究AO和AAO的年变化特征以及AO和AAO与纬向平均的月平均各要素场的相关系数随纬度和月份的变化规律.     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

耦合模式对冬春季节南、北极涛动的季节气候预测能力研究

研究评估了耦合气候模式对冬、春季北极涛动(AO)和南极涛动(AAO)的预测效能。结果表明,模式对于北极涛动和南极涛动的模拟能力都是比较强的,其中,对冬季的模拟能力要强于春季。冬季,几乎所有的模式都能很好地模拟出对流层内北极涛动的空间分布形态特点,空间相关系数很高。春季,大部分模式的模拟结果仍然是比较好,与再分析资料结果的空间相关性比较高。对于南极涛动,模式在全年对流层各个层次上都能比较好地刻画其空间分布,且模式在850hPa等压面上的空间模拟效能要稍强于海平面。相对来说,冬季的模拟效果也稍强于其他季节,但是,差异不显著,模式与模式的差别也比较小。另外,模式对于北极涛动和南极涛动的时间序列模拟能力有限,时间序列相关系数只有少数几个模式达到显著性水平。     

异常弱的南极涛动和2006年我国春季沙尘气候形势

从2005/2006年冬季南极涛动的变异出发,讨论2006年我国春季沙尘气候形势,进而考察南极涛动对我国沙尘气候的预测能力。2005/2006年冬季南极涛动非常弱,在两半球间的经向遥相关的作用下,出现南半球中高纬西风减弱,欧亚西风减弱,欧亚冷空气活跃,西伯利亚、蒙古国、我国北方大部地区(包括华北)2005年冬季12月气温较多年平均偏低,这样就造成沙源地区的冻土层增厚,春季回暖后,沙尘物质条件丰富。因此,在弱南极涛动的影响下,春季蒙古气旋活跃,地面大风增加,我国华北地区春季沙尘天气频繁发生。     

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。     

近51年500 hPa上北极涛动的时空变化特征分析

对1951-2001年北半球500hPa高度场月、季及年平均资料分别进行EOF分析．并对EOF分析得到的第一特征向量时间系数进行功率谱分析。结果发现：北极涛动是近51年北半球500hPa高度场异常的第一特征,方差贡献率在10％～20％之间;极区中心具有明显的偏心结构,范耐冬、春季大而向高纬伸展;夏、秋季小且向极区收缩。中高纬冬季中心区范围比夏季大且系统比较集中：极地到格陵兰岛附近、西南欧洲到地中海地区、贝加尔湖到日本海以及北美洲东南部地区是500hPa高度场上环流异常的主要发生地区;北极涛动正位相时期,冬季在20世纪90年代,春季在70年代中期以前,夏季在60,70年代,秋季在80年代中后期到90年代前期;北极涛动负位相时期,冬季在50年代．春季在70年代中期以后,夏季在50,90年代,秋季在90年代后半期。另外,只有1998年相对来说为全年各月北极涛动强年,说明1998年是近51年来气候最异常的一年。     

基于IPCC AR4耦合模式的南极涛动和北极涛动的模拟及未来变化预估

评估了参加政府间气候变化委员会第4次评估报告(IPCCAR4)的耦合模式对南极涛动和北极涛动的模拟能力。分析了24个模式对1970—1999年南极涛动和北极涛动的模拟效能,并与两套再分析资料ERA-40和NCEP-1进行了对比分析。结果表明,模式的模拟能力具有一定的季节依赖性,冬季模拟能力最好。大多数模式对南极涛动空间结构和时间序列趋势的模拟好于北极涛动。根据Taylor图选出具有较好模拟能力的模式并做集合分析,发现经过选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力。分析SRESA1B情景下的南极涛动和北极涛动的模拟、预估结果表明:1970—2099年,南极涛动和北极涛动指数均呈持续上升趋势,北极涛动指数增长略显平稳。相对于1970—1999年、2060—2089年两半球的海平面气压场均呈现极区气压降低、中纬度气压升高的形态,同样表明南、北极涛动在后一时段更强。因此,在气候变暖背景下,南、北极涛动将持续增强,21世纪中期的臭氧恢复可能不会显著影响这种趋势。     

1957-2000年东北地区春季极端气温变化及其与北极涛动的关系

利用东北地区32个测站1957-2000年逐日气温资料,分析了东北春季极端气温指数的变化特征及其与同期和前期北极涛动指数的关系。结果表明：春季日气温距平值基本上是由高纬向低纬、由东向西增加;44 a来日气温距平强度变化呈现正趋势,春季的冷日和冷夜呈减少趋势,暖日和暖夜呈增加趋势。东北春季气温与春季北极涛动（Arctic Oscillation, AO）在年际时间尺度上具有很强的正相关性,AO和极端气温指数也存在着相同的变化周期和突变时间。     

秋季南极涛动异常对冬季中国南方降水的影响

本文针对秋季南极涛动（AAO）和冬季中国南方降水的关系作了研究,发现两者之间存在显著的反向年际变化关系。AAO正（负）异常年,副热带西风急流显著增强（减弱）,欧洲西部槽、乌拉尔山高压脊和东亚沿岸大槽均偏强（偏弱）,阿留申低压、南支槽和西太平洋副高偏弱（偏强）,西南急流上的扰动不活跃（活跃）,我国大部分地区出现异常偏北风（偏南风）和OLR弱正距平,导致南方降水偏少（偏多）。两半球存在东亚—南半球高纬地区和纵贯太平洋南北的两个遥相关型,海洋性大陆对流活动可能是秋季AAO影响南方冬季降水的一个机制。因此,秋季南极涛动的异常很可能对预测我国南方冬季降水有显著指示意义。     

北极涛动对冬季北京极端低温事件的影响分析

根据1951-2009年冬季北京观象台逐日最高、最低气温资料和NCAR/NcEP逐日海平面气压、500hPa高度再分析资料,分析了冬季北极涛动(Arctic Oscillation,简称AO)对北京极端低温事件的影响.结果表明,近59 a冬季北极涛动指数与北京极端低温事件显著负相关,有56.7%(57%)的冷夜(冷日)...     

Transition of Zonal Asymmetry of the Arctic Oscillation and the Antarctic Oscillation at the End of 1970s

In this study,the interdecadal changes in the zonal symmetry of both Arctic Oscillation(AO) and Antarctic Oscillation(AAO) were analyzed.To describe the zonal asymmetry,a local index of AO and AAO was defined using the normalized sea level pressure(SLP) differences between 40° and 65°(latitudes) in both hemispheres.The zonal covariability of local AO and AAO can well represent the zonal symmetry of AO and AAO.Results show that the zonal asymmetry of both AO and AAO significantly changed in the late 1970s.AO was less asymmetric in the zonal direction in the boreal winter season during the latter period,while in the boreal summer it became more asymmetric after 1979.The zonal symmetry of AAO in both austral summer and winter has also significantly decreased since the late 1970s.These changes may imply interdecadal transition in the atmospheric circulation at middle and high latitudes,which is of vital importance to understanding climate variability and predictability across the globe,including the African-Asian-Australian monsoon regions.     

Teleconnected influence of the boreal winter Antarctic Oscillation on the Somali Jet: Bridging role of sea surface temperature in southern high and middle latitudes

The teleconnection impact of the boreal winter Antarctic Oscillation(AAO) on the Somali Jet(SMJ) intensity in the following spring and summer is examined in this paper.The variability of the boreal winter AAO is positively related to the SMJ intensity in both spring and summer.The analyses show that the SST in southern high and middle latitudes seems to serve as a bridge linking these two systems.When the AAO is in strong positive phase,SST over the Southern Ocean cools in the high latitudes and warms in the middle latitudes,which persists into summer;however,the variability of SST in southern high and middle latitudes is also closely correlated to SMJ intensity.A possible mechanism that links SST variability with the AAO-SMJ relationship is also discussed.The AAO in boreal winter produces an SST anomaly pattern in southern high and middle latitudes through the air-sea coupling.This AAOrelated SST anomaly pattern modulates the local Ferrel cell anomaly in summer,followed by the regional Hadley cell anomaly in tropics.The anomalous vertical motion in tropics then changes the land-sea thermal contrast between the tropical Indian Ocean and the Asian continent through the variability of low cloud cover and downward surface longwave radiation flux.Finally,the land-sea thermal contrast anomaly between the tropical Indian Ocean and the Asian continent changes the SMJ intensity.The results from Community Atmosphere Model experiments forced by the SST anomaly in southern high and middle latitudes also confirm this diagnostic physical process to some extent.     

有关南半球大气环流与东亚气候的关系研究的若干新进展

南半球大气环流是全球大气环流的重要组成部分,也是影响气候变化和亚洲季风系统的一个重要因素.中国气象学家很早就注意到南半球大气环流对东亚夏季风降水的影响.近年来,有关南半球气候变率的研究目前正受到世界气象学家越来越多的关注.南半球中高纬大气资料的丰富及南极涛动的确定,使得认识南半球高中纬环流的年际变动规律及其与东亚气候关系成为可能.本文主要介绍近年来有关南极涛动的年际变化与沙尘天气发生频次及东亚冬春季气候的关系,古气候资料揭示的南极涛动与华北降水的关系,以及南半球大气环流与长江中下游夏季降水的关系和南极涛动变率的可预测性等方面的研究进展.并对未来研究方向作了初步的展望.     

Strengthened Relationship between the Antarctic Oscillation and ENSO After the Mid-1990s during Austral Spring

This paper documents a decadal strengthened co-variability of the Antarctic Oscillation(AAO)and ENSO in austral spring after the mid-1990 s.During the period 1979–93,the ENSO(AAO)spatial signatures are restricted to the tropics–midlatitudes(Antarctic–midlatitudes)of the Southern Hemisphere(SH),with a weak connection between the two oscillations.Comparatively,after the mid-1990 s,the El Ni o-related atmospheric anomalies project on a negative AAO pattern with a barotropic structure in the mid–high latitudes of the SH.The expansion of El Ni o-related air temperature anomalies have a heightened impact on the meridional thermal structure of the SH,contributing to a weakened circumpolar westerly and strengthened subtropical jet.Meanwhile,the ENSO-related southern three-cell circulations expand poleward and then strongly couple the Antarctic and the tropics.Numerical simulation results suggest that the intensified connection between ENSO and SST in the South Pacific since the mid-1990 s is responsible for the strengthened AAO–ENSO relationship.     

The Hindcast of Winter and Spring Arctic and Antarctic Oscillation with the Coupled Climate Models

This study evaluates the ability of the global coupled climate models in hindcasting the Arctic Oscillation (AO) and Antarctic Oscillation (AAO). The results show that the models can well simulate the spatial distribution of AO with better results in winter than in spring. In the troposphere in spring, the simulation of AO on the whole is still relatively good with a comparatively high correlation with the NCEP/NCAR reanalysis. The models can also well reproduce the spatial distribution of AAO throughout the year at all levels of the troposphere, and the spatial simulation is better at 850 hPa than at the surface. Although the simulation is better in winter than in other seasons, the seasonal variation is not so significant and the differences among different models are relatively small. In addition, the capability of the models for “predicting” the AO and the AAO index time series is limited, because only a few models can capture their observed interannual variability at the 95% significance level.     

Seasonality of Interannual Inter-hemispheric Oscillations over the Past Five Decades

Air mass is inter-hemispherically redistributed, leading to an interesting phenomenon known as the Inter-Hemispheric Oscillation (IHO). In the present article, the seasonality of the interannual IHO has been examined by employing monthly mean reanalyses from NCEP/NCAR, EAR40, and JRA25 for the period of 1958-2006. It is found that the IHO indices as calculated from different reanalyses are generally consistent with each other. A distinct seesaw structure in all four seasons between the northern and southern...     

不同年代际背景下南半球环流变化对中国夏季降水的影响

利用1951～2008年NCEP再分析资料和中国夏季降水观测资料,分析了南半球环流的年代际变化特征以及在不同年代际背景下南极涛动(AAO)对中国东部夏季降水的影响.结果表明,20世纪70年代末,南半球环流发生了年代际变化,东南太平洋和南大西洋副高减弱,而马斯克林高压(南印度洋副高)增强,绕南极低压带加深.在此背景下,AAO由负位相转变为正位相,对中国夏季降水的影响也随之发生改变.在春季AAO偏强的情况下,1976年之前,长江以南地区和华北地区降水偏多,江淮流域降水偏少;而在1976年之后,从华南沿海一直到江淮流域降水都偏多,华北到东北地区降水偏少.这说明AAO对中国夏季降水的影响与年代际背景有关,1976年之后,AAO对中国夏季降水的影响增强,影响范围更加偏北.在当前海温预报因子作用减弱的情况下,AAO有可能成为中国夏季降水预测的一个重要预报因子.     

春季南极涛动对北美夏季风的影响

This study examined the relationship between the boreal spring(April?May) Antarctic Oscillation(AAO) and the North American summer monsoon(NASM)(July?September) for the period of 1979?2008.The results show that these two systems are closely related.When the spring AAO was stronger than normal,the NASM tended to be weaker,and there was less rainfall over the monsoon region.The opposite NASM situation corresponded to a weaker spring AAO.Further analysis explored the possible mechanism for the delayed impact of the boreal spring AAO on the NASM.It was found that the tropical Atlantic sea surface temperature(SST) plays an important role in the connection between the two phenomena.The variability of the boreal spring AAO can produce anomalous SSTs over the tropical Atlantic.These SST anomalies can persist from spring to summer and can influence the Bermuda High,affecting water vapor transportation to the monsoon region.Through these processes,the boreal spring AAO exerts a significantly delayed impact on the amount of NASM precipitation.Thus,information about the boreal spring AAO is valuable for the prediction of the NASM.     

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。