IPO調(diào)節(jié)大西洋緯向模對(duì)澳大利亞秋季降水年際變動(dòng)的影響

楊萌洲 袁潮霞

摘要 采用1900—2014年115 a的觀測(cè)和再分析資料，使用濾波、線性相關(guān)等方法，研究太平洋年代際振蕩（Interdecadal Pacific Oscillation，IPO）調(diào)節(jié)大西洋緯向模（Atlantic Zonal Mode，AZM）對(duì)澳大利亞秋季降水年際變動(dòng)的調(diào)節(jié)作用及機(jī)制。結(jié)果表明，當(dāng)IPO位于正位相時(shí)，AZM引起澳大利亞中部秋季降水減少;而當(dāng)IPO位于負(fù)位相時(shí)，AZM引起澳大利亞中南部秋季降水增加。這是因?yàn)樵贗PO正位相年，AZM引起的熱帶大西洋異常上升運(yùn)動(dòng)的下沉支主要位于熱帶東太平洋，并通過調(diào)節(jié)熱帶太平洋的沃克環(huán)流引起海洋性大陸的異常上升運(yùn)動(dòng)。該異常上升運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)了局地哈得來環(huán)流，在澳大利亞中部引起異常下沉，結(jié)合對(duì)流層低層的反氣旋異常風(fēng)場(chǎng)，不利于澳大利亞中部的對(duì)流發(fā)展和熱帶印度洋的暖濕水汽輸送，導(dǎo)致澳大利亞中部出現(xiàn)大面積降水減少。而在IPO負(fù)位相年，由于氣候基本態(tài)的不同，AZM的振幅比IPO正位相年高近四分之一，并且AZM引起的南半球中高緯地區(qū)Rossby波在澳大利亞及其西部地區(qū)引發(fā)正壓性氣旋異常。該氣旋異常不僅引起澳大利亞地區(qū)的異常上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)流層低層的氣旋性環(huán)流異常引導(dǎo)更多熱帶印度洋暖濕氣流進(jìn)入中南部澳大利亞，導(dǎo)致此地區(qū)降水增加。本研究的結(jié)果表明IPO可通過改變氣候基本態(tài)，調(diào)節(jié)AZM模態(tài)的強(qiáng)度及其遙相關(guān)。

關(guān)鍵詞太平洋年代際振蕩（IPO）;大西洋緯向模（AZM）;澳大利亞;秋季降水

澳大利亞是一個(gè)以農(nóng)牧業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)國家，是世界上主要的小麥出口國之一，占全球小麥貿(mào)易的10%～15%。其農(nóng)作物產(chǎn)量，受氣候變動(dòng)的影響（Yuan and Yamagata，2015）。近年來澳大利亞經(jīng)歷嚴(yán)重的干旱威脅，2017—2019年農(nóng)作物年產(chǎn)量較自2011年以來減少12.6%。秋季降水是影響澳大利亞冬小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，因此，明確澳大利亞秋季降水的影響因子及物理機(jī)制對(duì)提高秋季降水的季節(jié)預(yù)測(cè)和農(nóng)作物管理具有重要意義。

澳大利亞北部靠近赤道，南部至南緯40度以南，東西介于南太平洋和印度洋之間，其降水同時(shí)受熱帶海氣耦合模態(tài)和中高緯天氣系統(tǒng)的影響，包括來自熱帶的厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）（Allan，1988;Nicholls et al.，1997;Wang and Hendon，2007;陳蔚和管兆勇，2016）、印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）（Ashok et al.，2003a;岳陽等，2011）和MJO（Wheeler and Hendon，2004;Wheeler et al.，2009），以及源于中高緯的風(fēng)暴軸（Simmonds and Keay，2000;Frederiksen and Frederiksen，2007）、副熱帶高壓脊（Pittock，1975）、大氣阻塞高壓（Pook and Gibson，1999）和南半球環(huán)狀模（SAM）（Hendon et al.，2007;Meneghini et al.，2007）。已有的研究表明，ENSO、IOD和阻塞高壓對(duì)澳大利亞秋季降水有顯著影響（Risbey et al.，2009）。

南半球的阻塞高壓與對(duì)流層上部西風(fēng)急流的兩個(gè)分支有關(guān)，塔斯曼海和西南太平洋是南半球阻塞發(fā)生的主要區(qū)域，影響澳大利亞降水的阻塞高壓在秋冬季頻繁發(fā)生（Coughlan，1983;Pook and Gibson，1999）。通常阻塞高壓發(fā)生時(shí)，澳大利亞南部經(jīng)歷嚴(yán)重干旱，這是因?yàn)楫?dāng)阻塞形成時(shí)，冷鋒從西部向阻塞區(qū)靠近，高壓控制的環(huán)流形勢(shì)不利于對(duì)流發(fā)生（Pook and Gibson，1999）。然而，當(dāng)阻塞高壓控制澳大利亞南部或東南部時(shí)，澳大利亞南部和內(nèi)陸也可能會(huì)發(fā)生重大降雨（Hopkins and Holland，1997;Qi et al.，1999;Pook et al.，2006）。這種現(xiàn)象主要與大尺度阻塞高壓與相對(duì)較小的氣旋性切斷低壓的共生和分離有關(guān)：當(dāng)切斷低壓脫離阻塞高壓的控制，向東移到澳大利亞東南部時(shí)，該地會(huì)出現(xiàn)大范圍洪澇（Pook et al.，2006）。澳大利亞灣地區(qū)的阻塞高壓有利于西澳大利亞的降雨，而當(dāng)阻塞高壓位于140°E以東時(shí)，澳大利亞東南部的降雨增加。因此，澳大利亞各地的降雨對(duì)阻塞高壓的響應(yīng)取決于阻塞高壓的位置。

ENSO與澳大利亞大范圍降水異常密切相關(guān)（Risbey et al.，2009）。當(dāng)代表ENSO的南方濤動(dòng)指數(shù)（Southern Oscillation Index，SOI）為負(fù)，即厄爾尼諾發(fā)生時(shí)，澳大利亞秋季中、北部降水減少，且本結(jié)論不依賴于ENSO指數(shù)的選擇（Nicholls et al.，1997;Power et al.，1999，2006）。值得注意的是，與Nio3區(qū)海溫（SST）相比，Nio4區(qū)的SST與澳大利亞降水異常的相關(guān)更高（Risbey et al.，2009）。ENSO對(duì)澳大利亞降水的影響主要是通過調(diào)節(jié)沃克、哈得來環(huán)流的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。在厄爾尼諾發(fā)展年的南半球秋季，赤道太平洋盛行西風(fēng)異常，赤道西太平洋地區(qū)有異常下沉氣流，而北澳大利亞位于下沉氣流區(qū)，不利于對(duì)流的發(fā)生。另一方面，此下沉氣流激發(fā)的Mastuno-Gill型響應(yīng)（Matsuno，1966;Gill，1980），在澳大利亞西部形成反氣旋性異常，抑制西北方向來自熱帶印度洋的暖濕水汽輸送，導(dǎo)致澳大利亞中、北部降水顯著減少。Power et al.（1999）的研究表明，ENSO與澳大利亞降水之間的關(guān)系受IPO的調(diào)節(jié)：當(dāng)IPO處于正位相時(shí)，ENSO與澳大利亞降水的線性相關(guān)較弱，而當(dāng)IPO處于負(fù)位相時(shí)，ENSO與澳大利亞降水的線性相關(guān)增強(qiáng)。這可能是由于負(fù)位相IPO更有利于La Nia的發(fā)生，而相較于El Nio，La Nia與澳大利亞降水的聯(lián)系更為密切（Power et al.，2006）。

僅僅依賴ENSO指數(shù)的澳大利亞降水預(yù)測(cè)技巧存在很大局限性（Nicholls，1989），因?yàn)榘拇罄麃喗邓彩芰硪粋€(gè)重要熱帶海氣耦合模態(tài)IOD的影響（Whetton，1988;Nicholls，1989;Ashok，2003b;Ummenhofer et al.，2009;Yuan and Yamagata，2015）。Streten（1981，1983）發(fā)現(xiàn)澳大利亞長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的大面積干旱與東印度洋的SST異常有關(guān)。Nicholls（1989）利用偏相關(guān)揭示IOD對(duì)澳大利亞降水的影響?yīng)毩⒂贓NSO。Yuan and Yamagata（2015）發(fā)現(xiàn)澳大利亞冬麥生長(zhǎng)期，IOD對(duì)降水的影響高于ENSO，同時(shí)利用IOD和ENSO指數(shù)可顯著提高冬麥產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。Ashok（2003b）利用大氣模式再現(xiàn)了IOD對(duì)澳大利降水的影響并揭示了其物理機(jī)制：IOD正位相時(shí)，蘇門答臘島以西負(fù)的SST異常在熱帶和亞熱帶印度洋東部的底層引起的反氣旋異常覆蓋大部分澳大利亞地區(qū)，不利于降水的發(fā)生，反之亦然。

目前為止，研究熱帶海洋對(duì)澳大利亞秋季降水的影響多集中于熱帶太平洋和印度洋。熱帶大西洋與太平洋和印度洋類似，存在獨(dú)立的海盆尺度的海氣耦合模態(tài)，稱為大西洋赤道模、大西洋Nio或大西洋緯向模（Atlantic Zonal Mode，AZM）（Hisard，1980;Richter et al.，2013）。AZM在南半球秋季發(fā)展，冬季成熟，不僅引起鄰近南美洲東北部和非洲西部的降水異常，也可通過大氣遙相關(guān)影響全球氣候（Jin and Huo，2018;Wang，2019;Yuan and Yang，2020）。已有的研究表明，AZM可通過調(diào)節(jié)熱帶沃克環(huán)流和海盆間的相互作用，激發(fā)拉尼娜（Jasen et al.，2009;Rodríguez-Fonseca et al.，2009;Kucharski et al.，2011，2015;Ding et al.，2012;Frauen and Domenget，2012;Polo et al.，2015）：AZM的正SST異常所引起的異常上升氣流在赤道中太平洋下沉，其西側(cè)對(duì)流層低層的東風(fēng)異常增強(qiáng)局地沃克環(huán)流，激發(fā)上升流開文波向東傳播，從而引發(fā)東部型拉尼娜。Yuan and Yang（2020）進(jìn)一步指出，熱帶大西洋暖海溫引起的赤道中太平洋的異常下沉氣流所激發(fā)的Matsuno-Gill響應(yīng)，在西北太平洋地區(qū)形成反氣旋異常，使西太平洋副熱帶高壓增強(qiáng)并西伸，其西北緣的西南氣流異常，可提高我國西南地區(qū)夏季水汽輸送，從而增強(qiáng)降水。

如前所述，很多研究揭示AZM對(duì)ENSO的影響，或ENSO對(duì)澳大利亞氣候的影響，然而較少研究將AZM與澳大利亞氣候直接相聯(lián)系。初步研究發(fā)現(xiàn)，不管是發(fā)展期還是成熟期的AZM指數(shù)與同期澳大利亞降水年際變動(dòng)的線性相關(guān)較弱。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，AZM-澳大利亞降水的關(guān)系受IPO位相的調(diào)節(jié)，尤其是在發(fā)展期（4—5月）。在南半球秋季AZM的發(fā)展期，當(dāng)IPO位于正位相時(shí)，AZM能引起澳大利亞中部降水減少，然而當(dāng)IPO處于負(fù)位相時(shí)，AZM卻引起澳大利亞中南部降水增加（圖2b、c）。由于這近乎相反的影響，如若不區(qū)分IPO位相，AZM-澳大利亞降水的關(guān)系便顯著減弱。因此，本文旨在探究在IPO不同位相，AZM對(duì)澳大利亞降水影響不同的成因，從而有助于提高對(duì)澳大利亞降水年際變動(dòng)的理解和季節(jié)預(yù)測(cè)水平。

1 資料和方法

為了研究IPO不同位相對(duì)AZM-澳大利亞降水關(guān)系的影響，本文使用1900—2014年115 a的觀測(cè)和再分析資料。降水資料是全球降水氣候中心（Global Precipitation Climatology Centre，GPCC）提供的月平均降水量，版本為full V2018，分辨率為1.0°×1.0°（Schneider et al.，2011）。SST使用美國國家海洋和大氣管理局的物理實(shí)驗(yàn)室（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）提供的第五版全球逐月平均再分析資料（Extended Reconstructed Sea Surface Temperature V5），分辨率為2.0°×2.0°（Huang et al.，2017）。大尺度環(huán)流場(chǎng)如850 hPa、300 hPa、200 hPa風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)、垂直速度等使用美國國家海洋和大氣管理局物理實(shí)驗(yàn)室（National Oceanic and Atmospheric Administration-Physical Science Laboratory，NOAA-PSL）提供的20世紀(jì)月平均再分析數(shù)據(jù)集（20th Century Reanalysis V3），分辨率為1.0°×1.0°（Giese et al.，2016;Slivinski et al.，2019）。

本文使用的研究方法包括經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)EOF、濾波、線性相關(guān)和回歸分析等。關(guān)于IPO指數(shù)的定義，Zhang et al.（1997）在原始場(chǎng)中提取年代際信號(hào)時(shí)，利用兩次滑動(dòng)平均消除年際變率，之后的相關(guān)研究大都沿用滑動(dòng)平均方法。本文的定義采用了Dai （2013）和Yang et al.（2019）的方法：為了濾除主周期為三年的ENSO的年際信號(hào)，在定義IPO指數(shù)時(shí)首先將全球60°S～60°N范圍內(nèi)的SST做3 a滑動(dòng)平均，該方法可以有效避免個(gè)別ENSO事件導(dǎo)致的虛假的IPO位相轉(zhuǎn)換（Dai，2013）。對(duì)平滑后的SST場(chǎng)做EOF分解，EOF1反映的是全球SST增溫趨勢(shì)（圖1a，1c），EOF2反映的是太平洋SST的年代際變率（圖1b，1d）。取EOF2的時(shí)間系列做兩次9 a滑動(dòng)平均即得到IPO指數(shù)（圖1d）。也有研究對(duì)EOF2的時(shí)間序列進(jìn)行13 a低通濾波來得到IPO指數(shù)（Zhang et al.，1997;Power et al.，1999;Deser et al.，2004）。由于研究時(shí)段不同以及對(duì)EOF2時(shí)間序列的處理不同，不同研究顯示的IPO位相的轉(zhuǎn)折年份存在一定的差異。為了減小這種差異帶來的影響，采用與Power et al.（1999）類似的方法，將IPO指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后大于0.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的年份看作IPO正位相年，而小于-0.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的年份看作負(fù)位相年。依此方法，1900—1910，1927—1931，1935—1943和1977—1999年為IPO正位相年，總共48 a;1913—1924，1946—1960，1966—1975和2002—2014年為IPO負(fù)位相年，總共50 a（圖1d）。值得一提的是，如果采用0.05，或者0.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差作為標(biāo)準(zhǔn)選取IPO的正負(fù)位相年，研究結(jié)果與本文展示的結(jié)論基本相同。

為了揭示IPO正、負(fù)位相對(duì)南半球秋季AZM-澳大利亞降水關(guān)系的調(diào)節(jié)作用，首先需去除IPO本身對(duì)澳大利亞降水的影響。因此，除了IPO指數(shù)和IPO正、負(fù)位相年的氣候基本態(tài)，本研究的其他變量在去除季節(jié)循環(huán)后，進(jìn)一步利用傅立葉變換高通濾波濾除10 a以上的低頻信號(hào)，只保留10 a以下的年際變動(dòng)異常。AZM的年際變動(dòng)由ATL3指數(shù)表示，該指數(shù)反映大西洋Nio3區(qū)（3°S～3°N，20W°～0°）的SST異常（Burls et al.，2012;Lübbecke and McPhaden，2017;Dippe et al.，2018）。為了表明AZM激發(fā)的羅斯貝波在不同IPO位相背景下傳播路徑的差異，本文還計(jì)算了波活動(dòng)通量W（Takaya and Nakamura，2001），其水平方向分量的計(jì)算公式如下：

其中：上劃線“-”表示氣候平均態(tài)，即IPO不同位相下的多年平均;上標(biāo)“′”表示擾動(dòng)項(xiàng)，即各變量去除多年氣候態(tài)及10高通濾波后的年際變動(dòng)部分;下標(biāo)x、y分別表示對(duì)x和y求偏導(dǎo)，u、v分別表示緯項(xiàng)風(fēng)和經(jīng)向風(fēng);ψ表示流函數(shù);U表示風(fēng)矢量。

2 不同IPO位相下AZM對(duì)澳大利亞秋季降水年際變動(dòng)的影響

AZM在南半球秋季發(fā)展，其在發(fā)展階段會(huì)對(duì)全球氣候會(huì)產(chǎn)生重要影響。利用4—5月AZM指數(shù)對(duì)同期降水進(jìn)行回歸分析可以有效揭示發(fā)展期AZM對(duì)降水的影響（圖2）。結(jié)果顯示：不管是所有時(shí)段還是IPO的正、負(fù)位相年，南美洲東部及非洲西部這些與大西洋相鄰的，受AZM直接影響的區(qū)域，降水呈近乎一致的異常（Chang et al.，2008;Richter et al.，2012）。然而如引言最后部分所提及，對(duì)于澳大利亞，在整個(gè)研究時(shí)段，AZM與澳大利亞秋季降水的相關(guān)關(guān)系并不顯著（圖2a）;在IPO正位相年，當(dāng)AZM發(fā)生時(shí)，澳大利亞大部分地區(qū)尤其是澳大利亞中部經(jīng)歷大范圍降水減少（圖2b）;而在IPO負(fù)位相年，AZM可引起澳大利亞大部分地區(qū)尤其是澳大利亞中南部降水增加（圖2c）。為了進(jìn)一步揭示在IPO正、負(fù)位相期間，AZM與澳大利亞降水的相關(guān)關(guān)系，分別定義了IPO正位相期間澳大利亞中部降水指數(shù)（central Australia Precipitation Index，cAPI）和IPO負(fù)位相期間的澳大利亞南部降水指數(shù)（southern Australia Precipitation Index，sAPI）。如圖2b、c的黑色方框所示，cAPI為區(qū)域（113°～154°E，29°～17°S）平均的降水異常，而sAPI為區(qū)域（116°～153°E，38°～22°S）平均的降水異常。線性相關(guān)結(jié)果表明，在IPO正相期間，ATL3與cAPI的相關(guān)系數(shù)為-0.41，通過置信度為99%的顯著性水平檢驗(yàn)（圖3a）;在IPO的負(fù)位相期間，ATL3與sAPI的相關(guān)系數(shù)為0.28，通過置信度為95%的顯著性水平檢驗(yàn)（圖3b）。以上分析表明，在IPO不同位相，AZM與澳大利亞秋季降水呈近乎相反的相關(guān)關(guān)系，因此，如若不區(qū)分IPO的正、負(fù)位相，AZM-澳大利亞秋季降水的關(guān)系便顯著減弱。

3 不同IPO位相下AZM影響澳大利亞秋季降水年際變動(dòng)的物理機(jī)制

為了揭示AZM在IPO不同位相下對(duì)澳大利亞秋季降水影響的物理機(jī)制，用標(biāo)準(zhǔn)化的ATL3指數(shù)回歸了SST、850 hPa位勢(shì)高度和風(fēng)場(chǎng)異常（圖4）。在IPO正位相年AZM的發(fā)展期，澳大利亞中部對(duì)流層低層為反氣旋異常所控制，這不僅不利于該地區(qū)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展，同時(shí)反氣旋北部的偏東風(fēng)異常也抑制了自熱帶印度洋向澳大利亞的暖濕水汽輸送（圖4a）。因此，澳大利亞中部地區(qū)降水顯著減少（圖2b）。與之相反，在IPO負(fù)位相年AZM的發(fā)展期，澳大利亞大部分地區(qū)的對(duì)流層低層存在氣旋性低壓異常。這不僅有利于低層輻合，同時(shí)該氣旋東北部的西北風(fēng)異?？梢龑?dǎo)更多熱帶印度洋的暖濕水汽到澳大利亞中南部（圖4b），增強(qiáng)澳大利亞中南部降水（圖2c）。因此，在IPO不同位相年，AZM-澳大利亞秋季降水遙相關(guān)的不同，主要由澳大利亞及其附近不同的環(huán)流異常所引起。

在IPO不同位相年，AZM引起的澳大利亞及其附近區(qū)域的環(huán)流異常與AZM本身的強(qiáng)度及其遙相關(guān)有關(guān)。在IPO正位相年秋季，ATL3的標(biāo)準(zhǔn)差為0.119，而在IPO負(fù)位相年秋季，ATL3的標(biāo)準(zhǔn)差為0.148，也就是說AZM發(fā)展期的平均振幅在IPO的負(fù)位相年是正位相年的1.24倍。這可能是因?yàn)樵贗PO的正位相，熱帶大西洋全域，尤其是熱帶東大西洋，SST呈負(fù)異常（圖1b），而在IPO的負(fù)位相，SST呈正異常。因此，相對(duì)于IPO正位相的基本態(tài)，IPO負(fù)位相的基本態(tài)有助于熱帶大西洋的海氣耦合相互作用，即有利于Bjerknes反饋（Bjerknes，1969），因此AZM的振幅也相對(duì)較大。就像強(qiáng)El Nio與弱El Nio的遙相關(guān)存在顯著差異一樣（Zhang et al.，2019），AZM的強(qiáng)度不同，也可引起遙相關(guān)的不同。在IPO正位相年，AZM的正SST異常引起熱帶大西洋地區(qū)的異常上升運(yùn)動(dòng)，其對(duì)應(yīng)的下沉運(yùn)動(dòng)主要位于熱帶東太平洋，并通過調(diào)節(jié)熱帶太平洋的沃克環(huán)流，在海洋性大陸引起異常上升運(yùn)動(dòng)（圖5a）。海洋性大陸的異常上升運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)了局地哈得來環(huán)流，在澳大利亞中部引起異常下沉（圖6a）。這解釋了澳大利亞中部出現(xiàn)的反氣旋異常（圖4a）和降水減少（圖2b）。

在IPO的負(fù)位相年，相較于IPO的正位相年，AZM的振幅更大，在熱帶大西洋引起的上升運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)，對(duì)應(yīng)的下沉支則位于更偏西的熱帶中太平洋，而海洋性大陸上未見顯著的對(duì)流異常（圖5b）。因此在IPO的負(fù)位相年，AZM并未通過調(diào)節(jié)位于海洋性大陸的局地哈得來環(huán)流從而引起澳大利亞的降水異常（圖6b）。另一方面，IPO負(fù)位相年AZM激發(fā)的南半球中高緯地區(qū)的Rossby波列，在澳大利亞及其西部地區(qū)引起正壓氣旋性異常（圖7b）。此正壓氣旋性異常不僅引發(fā)澳大利亞地區(qū)異常上升運(yùn)動(dòng)（圖6b），而且其低層西北位相的西北風(fēng)異常，可引導(dǎo)大量暖濕空氣從熱帶印度洋至澳大利亞（圖4b），有助于降水形成（圖2b）。值得一提的是，在IPO正位年，AZM激發(fā)的中高緯Rossby波列，傳播至澳大利亞南部時(shí)并未向南進(jìn)一步傳播引起澳大利亞氣旋性異常（圖7a）。這不僅是因?yàn)镮PO正、負(fù)位相年的基本態(tài)存在一定的差異，尤其是南半球中高緯地區(qū)對(duì)流層高層的緯向風(fēng)大小不同（圖略），外加AZM本身的強(qiáng)度不同，其激發(fā)的南半球中高緯地區(qū)的Rossby波列因而存在差異（圖7）。另一個(gè)可能的原因如前文所述，在IPO正位相年，海洋性大陸局地哈得來環(huán)流的異常下沉支位于澳大利亞（圖6a），因此不利于中高緯的Rossby波傳播至澳大利亞并引發(fā)正壓氣旋性異常。

綜上所述，在IPO正、負(fù)位相年，由于氣候背景態(tài)和AZM強(qiáng)度本身的不同，AZM和澳大利亞秋季降水的遙相關(guān)存在顯著的差異：在IPO正位相年，AZM通過調(diào)節(jié)熱帶沃克環(huán)流和海洋性大陸的局地哈得來環(huán)流，引起澳大利亞中部異常下沉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)流層低層的反氣旋風(fēng)場(chǎng)異常抑制熱帶印度洋的水汽輸送，導(dǎo)致澳大利亞中部地區(qū)降水減少;而在IPO負(fù)位相年，AZM激發(fā)的南半球中高緯地區(qū)Rossby波在澳大利亞引起正壓氣旋性異常，這不僅引起局地異常上升運(yùn)動(dòng)，其伴隨的對(duì)流層低層氣旋風(fēng)場(chǎng)異常有助于增強(qiáng)熱帶印度洋的水汽輸送，從而提高澳大利亞中南部降水。

4 結(jié)論與討論

本文采用1900—2014年共115 a的觀測(cè)和再分析資料，使用EOF、濾波、線性相關(guān)分析等方法，研究IPO正、負(fù)位相年，AZM對(duì)澳大利亞秋季降水年際變動(dòng)的不同影響，并揭示其物理機(jī)制。結(jié)果表明，當(dāng)IPO位于正位相時(shí)，AZM可引起澳大利亞中部秋季降水減少，而當(dāng)IPO位于負(fù)位相時(shí)，AZM可引起澳大利亞中南部秋季降水增加。這近乎相反的AZM-澳大利亞秋季降水遙相關(guān)，是源于IPO正、負(fù)位相年，氣候背景場(chǎng)和AZM振幅的不同。IPO正位相年，熱帶大西洋背景態(tài)SST較IPO負(fù)位相年低，不利于局地海氣耦合相互作用，因此AZM的振幅較IPO負(fù)位相年小將近四分之一。其引起的熱帶大西洋異常上升運(yùn)動(dòng)的下沉支主要位于熱帶東太平洋，并且通過調(diào)節(jié)熱帶太平洋的沃克環(huán)流，在海洋性大陸有異常上升運(yùn)動(dòng)。該異常上升運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)了局地哈得來環(huán)流，在澳大利亞中部引起異常下沉，結(jié)合對(duì)流層低層的反氣旋異常風(fēng)場(chǎng)不利于熱帶印度洋的暖濕水汽輸送，澳大利亞中部出現(xiàn)大面積降水減少。而在IPO負(fù)位相年，AZM的強(qiáng)度更強(qiáng)，其引起的熱帶大西洋異常上升運(yùn)動(dòng)的下沉支主要位于熱帶中太平洋，海洋性大陸并未出現(xiàn)顯著的異常上升運(yùn)動(dòng)，因此未通過調(diào)節(jié)局地哈得來環(huán)流影響澳大利亞。另一方面，在IPO負(fù)位相年，AZM引起的南半球中高緯地區(qū)Rossby波在澳大利亞及其西部地區(qū)引發(fā)正壓性氣旋異常。該氣旋異常引起澳大利亞地區(qū)的異常上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)流層低層的氣旋性環(huán)流異常引導(dǎo)更多熱帶印度洋暖濕氣流進(jìn)入中南部澳大利亞，導(dǎo)致此地區(qū)降水增加。因此，IPO可通過改變氣候基本態(tài)，調(diào)節(jié)AZM模態(tài)及其遙相關(guān)。

本文討論了IPO正、負(fù)位相年，熱帶大西洋基本態(tài)SST不同，可能通過影響局地Bjerknes反饋的強(qiáng)度，導(dǎo)致AZM振幅的不同。然而具體哪個(gè)大氣及海洋過程導(dǎo)致AZM的振幅在IPO正位相年較負(fù)位相年低近四分之一，將在后續(xù)的工作中通過進(jìn)一步分析ATL3區(qū)域海洋混合層熱收支分狀況來確定。同時(shí)，雖然本文展示了IPO正、負(fù)位相年，AZM引起的南半球中高緯地區(qū)Rossby波的傳播有明顯的差異，但I(xiàn)PO正、負(fù)位相引起的氣候基本態(tài)的改變?nèi)绾斡绊慠ossby波的傳播路徑也需要在后續(xù)的工作中進(jìn)一步明確。

本文主要展示IPO對(duì)AZM-澳大利亞秋季降水遙相關(guān)的調(diào)節(jié)作用。由于AZM引起的熱帶大西洋的上升運(yùn)動(dòng)在熱帶太平洋的下沉支的位置不同，其對(duì)ENSO的影響也不同。如圖4所示，當(dāng)IPO位于正位相時(shí)，AZM引起的下沉支主要位于熱帶東太平洋，對(duì)流層低層的偏東風(fēng)異?？赡芤l(fā)東部型拉尼娜;而當(dāng)IPO位于負(fù)位相時(shí)，AZM引起的下沉支主要位于熱帶中太平洋，由此產(chǎn)生的對(duì)流層低層的輻散風(fēng)可能激發(fā)中部型拉尼娜。Risbey et al.（2009）的研究指出中部型拉尼娜更易引起澳大利亞降水增加。顯然，不同IPO位相能影響熱帶大西洋與太平洋之間的相互作用，值得進(jìn)一步研究。

致謝：NOAA提供了ERSSTv5（https：//psl.noaa.gov/data/gridded/data.noaa.ersst.v5.html）、20CRv3 （https：//psl.noaa.gov/data/gridded/data.20thC_ReanV3.html）和GPCC降水（https：//psl.noaa.gov/data/gridded/data.gpcc.html）資料的在線下載服務(wù)。

參考文獻(xiàn)（References）

Allan R J，1988.El Nio Southern Oscillation influences in the Australasian region[J].Prog Phys Geogr：Earth Environ，12（3）：313-348.doi：10.1177/030913338801200301.

Ashok K，Guan Z Y，Yamagata T，2003a.Influence of the Indian Ocean Dipole on the Australian winter rainfall[J].Geophys Res Lett，30（15）：1821.doi：10.1029/2003GL017926.

Ashok K，Guan Z Y，Yamagata T，2003b.A look at the relationship between the ENSO and the Indian Ocean Dipole[J].J Meteor Society Japan，81（1）：41-56.doi：10.2151/jmsj.81.41.

Bjerknes J，1969.Atmospheric teleconnections from the equatorial Pacific[J].Mon Wea Rev，97：163-172.

Burls N J，Reason C J C，Penven P，et al.，2012.Energetics of the Tropical Atlantic Zonal Mode[J].J Climate，25（21）：7442-7466.doi：10.1175/jcli-d-11-00602.1.

Chang C Y，Nigam S，Carton J A，2008.Origin of the springtime westerly bias in equatorial Atlantic surface winds in the community atmosphere model version 3 （CAM3） simulation[J].J Climate，21（18）：4766-4778.doi：10.1175/2008jcli2138.1.

陳蔚，管兆勇，2016.2015/2016年超強(qiáng)El Nio在成熟/衰減階段對(duì)澳洲夏季風(fēng)環(huán)流與降水異常的影響[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，39（6）：801-812. Chen W，Guan Z Y，2016.Impacts of the super El Nio event in 2015/2016 on Australian summer monsoon circulation and precipitation anomalies[J].Trans Atmos Sci，39（6）：801-812.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20160908001.（in Chinese）.

Coughlan M，1983.A comparative climatology of blocking action in the two hemispheres[J].Aust Meteor Mag，31（1）：3-13.

Dai A G，2013.The influence of the inter-decadal Pacific oscillation on US precipitation during 1923—2010[J].Climate Dyn，41（3/4）：633-646.doi：10.1007/s00382-012-1446-5.

Deser C，Phillips A S，Hurrell J W，2004.Pacific interdecadal climate variability：linkages between the tropics and the North Pacific during boreal winter since 1900[J].J Climate，17（16）：3109-3124.doi：10.1175/1520-0442（2004）017<3109：picvlb>2.0.co;2.

Ding H，Keenlyside N S，Latif M，2012.Impact of the equatorial Atlantic on the El Nio Southern Oscillation[J].Climate Dyn，38（9/10）：1965-1972.doi：10.1007/s00382-011-1097-y.

Dippe T，Greatbatch R J，Ding H，2018.On the relationship between Atlantic Nio variability and ocean dynamics[J].Climate Dyn，51（1/2）：597-612.doi：10.1007/s00382-017-3943-z.

Frauen C，Dommenget D，2012.Influences of the tropical Indian and Atlantic Oceans on the predictability of ENSO[J].Geophys Res Lett，39（2）：L02706.doi：10.1029/2011GL050520.

Frederiksen J S，F(xiàn)rederiksen C S，2007.Interdecadal changes in Southern Hemisphere winter storm track modes[J].Tellus A，59（5）：599-617.doi：10.1111/j.1600-0870.2007.00264.x.

Giese B S，Seidel H F，Compo G P，et al.，2016.An ensemble of ocean reanalyses for 1815—2013 with sparse observational input[J].J Geophys Res：Oceans，121（9）：6891-6910.doi：10.1002/2016JC012079.

Gill A E，1980.Some simple solutions for heat-induced tropical circulation[J].Quart J Roy Meteor Soc，106（449）：447-462.doi：10.1002/qj.49710644905.

Hendon H H，Thompson D W J，Wheeler M C，2007.Australian rainfall and surface temperature variations associated with the Southern Hemisphere annular mode[J].J Climate，20（11）：2452-2467.doi：10.1175/jcli4134.1.

Hisard P，1980.Observation de réponses de type “El Nio” dans lAtlantique tropical oriental Golfe de Guinée[J].Oceanol Acta 3（5）：69-78.

Hopkins L C，Holland G J，1997.Australian heavy-rain days and associated east Coast cyclones：1958—92[J].J Climate，10（4）：621-635.doi：10.1175/1520-0442（1997）010<0621：ahrdaa>2.0.co;2.

Huang B Y，Thorne P W，Banzon V F，et al.，2017.Extended reconstructed sea surface temperature，version 5 （ERSSTv5）：upgrades，validations，and intercomparisons[J].J Climate，30（20）：8179-8205.doi：10.1175/jcli-d-16-0836.1.

Jansen M F，Dommenget D，Keenlyside N，2009.Tropical atmosphere-ocean interactions in a conceptual framework[J].J Climate，22（3）：550-567.doi：10.1175/2008jcli2243.1.

Jin D C，Huo L W，2018.Influence of tropical Atlantic sea surface temperature anomalies on the East Asian summer monsoon[J].Quart J Roy Meteor Soc，144（714）：1490-1500.doi：10.1002/qj.3296.

Kucharski F，Kang I S，F(xiàn)arneti R，et al.，2011.Tropical Pacific response to 20th century Atlantic warming[J].Geophys Res Lett，38（3）：L03702.doi：10.1029/2010GL046248.

Kucharski F，Syed F S，Burhan A，et al.，2015.Tropical Atlantic influence on Pacific variability and mean state in the twentieth century in observations and CMIP5[J].Climate Dyn，44（3/4）：881-896.doi：10.1007/s00382-014-2228-z.

Lübbecke J F，McPhaden M J，2017.Symmetry of the Atlantic Nio mode[J].Geophys Res Lett，44（2）：965-973.doi：10.1002/2016GL071829.

Matsuno T，1966.Quasi-geostrophic motions in the equatorial area[J].J Meteor Soc Japan，44（1）：25-43.doi：10.2151/jmsj1965.44.1_25.

Meneghini B，Simmonds I，Smith I N，2007.Association between Australian rainfall and the southern annular mode[J].Int J Climatol，27（1）：109-121.doi：10.1002/joc.1370.

Nicholls N，1989.Sea surface temperatures and Australian winter rainfall[J].J Climate，2（9）：965-973.doi：10.1175/1520-0442（1989）002<0965：sstaaw>2.0.co;2.

Nicholls N，Drosdowsky W，Lavery B，1997.Australian rainfall variability and change[J].Weather，52（3）：66-72.doi：10.1002/j.1477-8696.1997.tb06274.x.

Pittock A，1975.Climatic change and the patterns of variation in Australian rainfall[J].Search，6（11），498-504.

Polo I，Martin-Rey M，Rodriguez-Fonseca B，et al.，2015.Processes in the Pacific La Nia onset triggered by the Atlantic Nio[J].Climate Dyn，44（1/2）：115-131.doi：10.1007/s00382-014-2354-7.

Pook M，Gibson T，1999.Atmospheric blocking and storm tracks during SOP-1 of the FROST project[J].Aust Meteor Mag，1（48），51-60.

Pook M J，McIntosh P C，Meyers G A，2006.The synoptic decomposition of cool-season rainfall in the southeastern Australian cropping region[J].J Appl Meteor Climate，45（8）：1156-1170.doi：10.1175/jam2394.1.

Power S，Casey T，F(xiàn)olland C，et al.，1999.Inter-decadal modulation of the impact of ENSO on Australia[J].Climate Dyn，15（5）：319-324.doi：10.1007/s003820050284.

Power S，Haylock M，Colman R，et al.，2006.The predictability of interdecadal changes in ENSO activity and ENSO teleconnections[J].J Climate，19（19）：4755-4771.doi：10.1175/jcli3868.1.

Qi L，Leslie L M，Zhao S X，1999.Cut-off low pressure systems over southern Australia：climatology and case study[J].Int J Climatol，19（15）：1633-1649.doi：10.1002/（SICI）1097-0088（199912）19：151633：AID-JOC445>3.0.CO;2-0.

Richter I，Xie S P，Wittenberg A T，et al.，2012.Tropical Atlantic biases and their relation to surface wind stress and terrestrial precipitation[J].Climate Dyn，38（5/6）：985-1001.doi：10.1007/s00382-011-1038-9.

Richter I，Behera S K，Masumoto Y，et al.，2013.Multiple causes of interannual sea surface temperature variability in the equatorial Atlantic Ocean[J].Nat Geosci，6（1）：43-47.doi：10.1038/ngeo1660.

Risbey J S，Pook M J，McIntosh P C，et al.，2009.On the remote drivers of rainfall variability in Australia[J].Mon Wea Rev，137（10）：3233-3253.doi：10.1175/2009mwr2861.1.

Rodríguez-Fonseca B，Polo I，García-Serrano J，et al.，2009.Are Atlantic Nios enhancing Pacific ENSO events in recent decades？[J].Geophys Res Lett，36（20）：L20705.doi：10.1029/2009GL040048.

Schneider U，Andreas B，Peter F，et al.，2011.GPCC Full data reanalysis version 6.0 at 1.0°：monthly land-surface precipitation from rain-gauges built on GTS-based and historic data.doi：10.5676/DWD_GPCC/FD_M_V7_100.

Simmonds I，Keay K，2000.Variability of southern hemisphere extratropical cyclone behavior，1958—97[J].J Climate，13（3）：550-561.doi：10.1175/1520-0442（2000）013<0550：voshec>2.0.co;2.

Slivinski L C，Compo G P，Whitaker J S，et al.，2019.Towards a more reliable historical reanalysis：improvements for version 3 of the twentieth century reanalysis system[J].Quart J Roy Meteor Soc，145（724）：2876-2908.doi：10.1002/qj.3598.

Streten N A，1981.Southern hemisphere sea surface temperature variability and apparent associations with Australian rainfall[J].J Geophys Res，86（C1）：485.doi：10.1029/jc086ic01p00485.

Streten N A，1983.Extreme distributions of Australian annual rainfall in relation to sea surface temperature[J].J Climatol，3（2）：143-153.doi：10.1002/joc.3370030204.

Takaya K，Nakamura H，2001.A formulation of a phase-independent wave-activity flux for stationary and migratory quasigeostrophic eddies on a zonally varying basic flow[J].J Atmos Sci，58（6）：608-627.doi：10.1175/1520-0469（2001）058<0608：afoapi>2.0.co;2.

Ummenhofer C C，England M H，McIntosh P C，et al.，2009.What causes Southeast Australias worst droughts？[J].Geophys Res Lett，36（4）：L04706.doi：10.1029/2008GL036801.

Wang C Z，2019.Three-ocean interactions and climate variability：a review and perspective[J].Climate Dyn，53（7/8）：5119-5136.doi：10.1007/s00382-019-04930-x.

Wang G M，Hendon H H，2007.Sensitivity of Australian rainfall to inter-El Nio variations[J].J Climate，20（16）：4211-4226.doi：10.1175/jcli4228.1.

Wheeler M C，Hendon H H，2004.An all-season real-time multivariate MJO index：development of an index for monitoring and prediction[J].Mon Wea Rev，132（8）：1917-1932.doi：10.1175/1520-0493（2004）132<1917：aarmmi>2.0.co;2.

Wheeler M C，Hendon H H，Cleland S，et al.，2009.Impacts of the Madden-Julian Oscillation on Australian rainfall and circulation[J].J Climate，22（6）：1482-1498.doi：10.1175/2008jcli2595.1.

Whetton P H，1988.A synoptic climatological analysis of rainfall variability in south-eastern Australia[J].J Climatol，8（2）：155-177.doi：10.1002/joc.3370080204.

Yang Q，Ma Z G，Wu P L，et al.，2019.Interdecadal seesaw of precipitation variability between North China and the Southwest United States[J].J Climate，32（10）：2951-2968.doi：10.1175/jcli-d-18-0082.1.

Yuan C X，Yamagata T，2015.Impacts of IOD，ENSO and ENSO modoki on the Australian winter wheat yields in recent decades[J].Sci Rep，5：17252.doi：10.1038/srep17252.

Yuan C X，Yang M Z，2020.Interannual variations in summer precipitation in Southwest China：anomalies in moisture transport and the role of the tropical Atlantic[J].J Climate，33（14）：5993-6007.doi：10.1175/jcli-d-19-0809.1.

岳陽，管兆勇，諶偉，2011.夏季105～125°E垂直經(jīng)圈環(huán)流變化特征及其與海溫的聯(lián)系[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，34（4）：400-409. Yue Y，Guan Z Y，Chen W，2011.Characteristics of summer meridional circulation changes over 105—125°E and their relations with SST[J].Trans Atmos Sci，34（4）：400-409.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.2011.04.005.（in Chinese）.

Zhang P，Wang B，Wu Z W，2019.Weak El Nio and winter climate in the mid-to high latitudes of Eurasia[J].J Climate，32（2）：405-421.doi：10.1175/jcli-d-17-0583.1.

Zhang Y，Wallace J M，Battisti D S，1997.ENSO-like interdecadal variability：1900—93[J].J Climate，10（5）：1004-1020.doi：10.1175/1520-0442（1997）010<1004：eliv>2.0.co;2.

（責(zé)任編輯：劉菲）