北極濤動對ENSO影響的研究進展

陳尚鋒 陳 文

（中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100029）

北極濤動對ENSO影響的研究進展

陳尚鋒 陳 文

（中國科學院大氣物理研究所季風系統(tǒng)研究中心，北京 100029）

北極濤動（AO）是北半球中高緯地區(qū)大氣環(huán)流年際變率的第一主導模態(tài)，厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）則是熱帶太平洋地區(qū)年際變化的最強信號。這兩個氣候系統(tǒng)對全球大范圍的天氣和氣候都能產(chǎn)生顯著的影響?？偨Y了近年來關于AO影響ENSO的最新研究進展，試圖促進對中高緯度大氣系統(tǒng)影響熱帶系統(tǒng)物理過程的理解。研究表明，春季AO對隨后冬季ENSO的爆發(fā)存在顯著的影響，其中北太平洋中緯度地區(qū)的天氣尺度波與平均流之間的相互作用及其相關的渦度輸送對赤道西太平洋異常西風的形成起著重要的作用。在年代際時間尺度上，研究發(fā)現(xiàn)，春季AO對隨后冬季ENSO的影響在20世紀70年代初發(fā)生了一次顯著的年代際變化，該年代際變化與北太平洋地區(qū)風暴軸強度的年代際變化緊密相聯(lián)。研究還揭示了春季AO對ENSO影響的不對稱性，即只有當春季AO處于正位相時，才能對隨后冬季赤道中東太平洋海溫產(chǎn)生顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)春季AO位相變化對前冬NPO與后一個冬季ENSO之間的關系具有顯著的調(diào)制作用。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，除春季AO外，11月AO對隨后春季和夏季赤道中東太平洋海溫也存在顯著的影響，這主要和北太平洋地區(qū)風暴軸氣候態(tài)強度的年循環(huán)有關。

北極濤動，厄爾尼諾-南方濤動，波流相互作用，風暴軸

0 引言

北極濤動（Arctic Oscillation，AO）是北半球中高緯地區(qū)大氣環(huán)流變率的第一主導模態(tài)［1-2］。伴隨AO的強弱變化，北半球中緯度地區(qū)和極地地區(qū)之間的大氣質(zhì)量和氣壓異常呈“翹翹板”式準正壓性的反向變化。平均流與天氣尺度波動間的相互作用對AO模態(tài)的形成和維持起到很重要的作用［3-8］。前人工作中已有許多關于AO對全球天氣和氣候影響的研究，這些研究主要集中在北半球中高緯地區(qū)。例如，研究發(fā)現(xiàn)，AO對北美、歐亞大陸中高緯地區(qū)的降水、表面氣溫和極端天氣事件都存在顯著的影響［9-12］。同時，AO對東亞夏季風［13-15］和東亞冬季風［16-18］等氣候系統(tǒng)也有顯著的影響。近年來的研究表明，除了北半球熱帶外區(qū)域，AO的強弱變化也可以顯著地影響到熱帶地區(qū)的天氣和氣候系統(tǒng)。例如，Miller等［19］發(fā)現(xiàn)AO與中太平洋和大西洋低緯地區(qū)的向外長波輻射（OLR）存在顯著的聯(lián)系。他們發(fā)現(xiàn)，當AO處于正位相時，中太平洋和大西洋低緯地區(qū)OLR值偏低，即這些地區(qū)的對流比較旺盛。一些研究［20-24］也揭示了AO對熱帶季節(jié)內(nèi)振蕩、西北太平洋和大西洋地區(qū)熱帶氣旋活動、北半球熱帶太平洋和大西洋對流活動及太平洋熱帶輻合帶的影響。

厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）是熱帶地區(qū)年際變化尺度上最強的信號。ENSO事件的發(fā)生不僅直接造成熱帶太平洋地區(qū)的天氣氣候異常，還會以遙相關的方式間接地影響到熱帶太平洋外乃至全球的天氣和氣候［25-27］。因此，有關ENSO變率影響因子的研究對ENSO事件本身及與其相聯(lián)系的天氣氣候異常的預測都具有重大意義。早先的觀點指出，ENSO是一個熱帶太平洋地區(qū)自維持的振蕩系統(tǒng)。ENSO變率可以通過熱帶太平洋地區(qū)的非線性相互作用來維持，它可以通過自身物理過程的變化和相互反饋得到激發(fā)和發(fā)展［28-30］。雖然熱帶太平洋地區(qū)的海氣相互作用對ENSO的發(fā)生、發(fā)展和衰亡起到重要的作用，但一些研究也指出，熱帶太平洋區(qū)域以外的氣候系統(tǒng)對ENSO變率的維持也存在重要的影響。比如，Li［31］發(fā)現(xiàn)東亞冬季風可以觸發(fā)ENSO事件的發(fā)生。他的研究指出，當東亞冬季風偏強時，東亞寒潮活動頻繁，寒潮向南發(fā)展時觸發(fā)熱帶西北太平洋地區(qū)的對流活動，導致熱帶西太平洋出現(xiàn)異常西風；熱帶西太平洋地區(qū)的異常西風激發(fā)東傳的暖Kelvin波，使得西太暖池的暖海溫異常沿著斜溫層向東傳播到赤道東太平洋，最終導致El Ni?o的發(fā)生。Vimont等［32-34］發(fā)現(xiàn)冬季北太平洋濤動（North Pacific Oscillation，NPO［35-36］）可以通過“季節(jié)腳印機制”過程對下一個冬季ENSO事件造成顯著影響。最近的研究指出，AO作為北半球熱帶外大氣環(huán)流變化第一主導模態(tài)，對隨后的ENSO或赤道中東太平洋海溫變率也存在顯著影響。

本文總結了近年來關于AO影響ENSO的最新研究結果，包括AO影響ENSO的物理過程，AO影響ENSO的年代際變化和AO影響ENSO的不對稱性等。AO和ENSO都能對全球大范圍地區(qū)的天氣和氣候產(chǎn)生顯著影響，因此總結這方面的研究不僅有利于提高對中高緯大氣系統(tǒng)影響熱帶系統(tǒng)的認識，也有助于改善天氣氣候預測技巧。

1 春季AO對ENSOO的影響

1.1 春季AO影響隨后冬季ENSO的物理過程

圖1給出標準化的春季AO指數(shù)和隨后冬季Ni?o3.4指數(shù)的時間序列以及標準化春季AO指數(shù)回歸的海表面溫度（SST）異常場。從圖1中可以看到，春季AO變化與隨后冬季赤道中東太平洋海溫異常存在顯著的聯(lián)系。當春季AO處于正（負）位相時，隨后冬季赤道中東太平洋往往會發(fā)生El Ni?o（La Ni?a）。Nakamura等［37］指出，當春季AO處于正位相時，赤道西太平洋出現(xiàn)顯著的西風異常，該西風異常在隨后的夏季和秋季向東擴張，進而觸發(fā)El Ni?o的發(fā)生。Nakamura等［38］認為，在春季AO高值年，赤道西太平洋西風異常的出現(xiàn)與東亞寒潮爆發(fā)頻次偏多有關；在春季AO高值年，東亞地區(qū)的寒潮爆發(fā)頻次偏多，寒潮爆發(fā)向南到達熱帶西北太平洋后會頻繁觸發(fā)該地區(qū)的對流活動，進而大氣對熱帶西太平洋地區(qū)的對流加熱產(chǎn)生Matsuno-Gill響應［39-40］，赤道西太平洋兩側(cè)出現(xiàn)兩個異常氣旋，從而產(chǎn)生赤道西太平洋的西風。但是，前人研究認為在AO高值年，東亞地區(qū)的寒潮爆發(fā)頻次偏少［12，17］，因此用寒潮解釋赤道西風異常的出現(xiàn)與前人的研究存在矛盾。同時，前人研究發(fā)現(xiàn)東亞寒潮事件的發(fā)生與西伯利亞高壓的強度有關，只有當西伯利亞高壓達到一定強度時，東亞寒潮事件才有可能發(fā)生［41-42］。通過計算春季AO指數(shù)與前冬和同期春季西伯利亞高壓指數(shù)的相關系數(shù)，發(fā)現(xiàn)它們之間為負相關，與以往研究結果一致［17］。這說明，春季AO處于高值年時，西伯利亞高壓偏弱，因此東亞寒潮爆發(fā)頻次趨向于偏少［12，17，41-42］。而春季AO高值年時，赤道西太平洋西風異常出現(xiàn)的物理過程仍不清楚。

Chen等［43］進一步分析了春季AO影響隨后冬季ENSO的物理過程。研究結果表明，春季AO并不是通過寒潮活動而是通過北太平洋地區(qū)的天氣尺度波動和平均流之間的相互作用形成赤道西太平洋的西風異常。在春季AO高年，東亞—北太平洋中緯度地區(qū)的西風減弱，西風減弱伴隨著天氣尺度波動的減弱。天氣尺度波動異常反饋給平均流，在副熱帶北太平洋地區(qū)產(chǎn)生氣旋性環(huán)流異常和顯著的大氣加熱異常［44］。副熱帶北太平洋地區(qū)的大氣加熱異常對熱帶西太平洋西風異常的形成和維持起到重要的作用。赤道西太平洋的西風異常觸發(fā)東傳的暖開爾文波，使隨后夏季和秋季赤道中東太平洋海溫升高。海溫升高后會通過皮葉克尼斯正反饋過程［45］使赤道中東太平洋的暖海溫異常得以維持和加強，最終導致隨后冬季El Ni?o的發(fā)生。最近Chen等［46］的個例分析研究指出，春季北極濤動對2015—2016年超強厄爾尼諾的爆發(fā)起著非常重要的觸發(fā)作用。這再次證實了春季北極濤動對隨后冬季ENSO事件的影響。

圖1 （a）標準化的春季（3—4月平均）AO指數(shù)和隨后冬季（11—次年2月平均）Ni?o3.4指數(shù)；（b）春季AO指數(shù)回歸的隨后冬季熱帶太平洋海溫（單位：℃）異常（圖b中淺色和深色陰影分別表示海溫異常通過90%和95%信度檢驗）[43]Fig. 1 (a) Normalized time series of spring (averaged over March to April) AO index and the following-winter (averaged over November to February) Ni?o3.4 index; (b) Anomalies of SST (unit: ℃) in the following winter obtained with regressions from the normalized spring AO index. Dark (light) shading in Fig. 1b indicates anomalies that are significantly different from zero at the 95% (90%) confidence level

1.2 春季AO影響隨后冬季ENSO的年代際變化

研究發(fā)現(xiàn)，春季AO與隨后冬季ENSO之間的關系是不穩(wěn)定的［47］。圖2給出了春季AO指數(shù)和隨后冬季Ni?o3.4指數(shù)的21年滑動相關結果。從圖2可以看出，20世紀70年代初之前和20世紀90年代中期之后，春季AO對隨后冬季ENSO的影響不顯著。20世紀70年代初—90年代中期，春季AO能對隨后冬季ENSO事件的發(fā)生產(chǎn)生顯著的影響。研究認為，春季AO與ENSO關系在20世紀70年代初的年代際變化可能與春季北太平洋地區(qū)天氣尺度波動（也稱風暴軸）活動強度的年代際變化有關［47］。春季北太平洋風暴軸活動強度在20世紀70年代初發(fā)生了一次顯著的年代際變化：70年代初之前，春季北太平洋風暴軸活動強度較弱；之后，風暴軸活動顯著增強。前人研究［48-50］已證明，在風暴軸強（弱）的年代，天氣尺度波動對平均流的反饋作用強（弱）。相比于20世紀70年代之前，70年代之后春季北太平洋風暴軸強度顯著增強，從而與春季AO相關的北太平洋地區(qū)的波流相互作用強，由此產(chǎn)生的赤道西太平洋西風異常也比較強。因此，20世紀70年代之后，春季AO與隨后冬季ENSO之間的聯(lián)系更加密切。

圖2 春季AO指數(shù)和隨后冬季Ni?o3.4指數(shù)的21年滑動相關（虛線表示相關系數(shù)通過95%信度檢驗）[47]Fig. 2 21-year sliding correlations between spring AO index and the following winter Ni?o 3.4 index. Dashed line indicates the correlation is significant at the 95% confidence level

圖3 1958—2012年春季AO指數(shù)高位相年（a）和低位相年（b）的隨后冬季海溫異常場的合成。圖中等值線間隔為0.2℃。淺色和深色陰影分別表示海溫與春季AO正常年的差異分別通過90%和95%信度檢驗（春季AO高低位相年以±0.5標準差為選擇依據(jù)，其余年份為春季AO正常年）[51]Fig. 3 Composite anomalies of SST in the following winter from (a) high and (b) low spring AO years for 1958-2012. The contour interval is 0.2℃. The dark (light) shading indicates anomalies significantly different from zero at the 95% (90%) level. The high (low) spring AO years are defined as those during which the normalized spring AO index is higher (lower) than 0.5 standard deviation above the mean, and the remaining years are considered as normal spring AO years

1.3 春季AO影響隨后冬季ENSO的不對稱性

研究［51］發(fā)現(xiàn)，春季AO對ENSO的影響存在明顯的不對稱性。圖3給出了1958—2011年春季AO指數(shù)高位相年和低位相年的隨后冬季海溫異常場的合成。春季AO高低位相年根據(jù)±0.5個標準差選出。根據(jù)此選擇標準，春季AO高位相年有17年，春季AO低位相年有18年，其他年份歸為春季AO正常年份。從圖3可以看出，當春季AO處于高位相年時，隨后冬季赤道中東太平洋地區(qū)存在顯著的正海溫異常。值得強調(diào)的是，赤道中東太平洋地區(qū)的暖海溫異常的振幅大于1.1℃（圖3a）；而當春季AO處于低位相年時，隨后冬季赤道中東太平洋的負海溫異常不顯著（圖3b）。另外，在17個春季AO高位相年中，有11年隨后的冬季發(fā)生了El Ni?o事件；而18個春季AO低位相年中，只有5年隨后的冬季發(fā)生La Ni?a事件。這說明，在春季AO為正位相的條件下，隨后冬季發(fā)生El Ni?o事件的概率約為65%；然而，在春季AO為負位相的條件下，隨后冬季發(fā)生La Ni?a的概率僅為28%。因此，比起La Ni?a，春季AO對隨后冬季El Ni?o事件的影響更加顯著。研究認為，春季AO對ENSO影響的不對稱性與春季AO相關的大氣環(huán)流場在北太平洋地區(qū)的不對稱有關。相比于春季AO低年，春季AO高年相關的北太平洋大氣環(huán)流異常強度更強、位置更偏南，由此相關的波-流相互作用產(chǎn)生的赤道西太平洋緯向風異常更強，從而對隨后冬季赤道中東太平洋海溫的影響更加顯著［43］。

圖4 冬季[ND（-1）J FM（0）]NPO指數(shù)高年（+NPO）隨后春季（a），夏季（b），秋季（c）和冬季（d）海溫異常的合成[53]。（e-h）和（i-l）同（a-d），但分別為+NPO/+AO和+NPO/-AO年海溫異常的季節(jié)演變[58]；（a）-（d）中打點區(qū)域表示+NPO年海溫異常通過95%信度檢驗；（e）-（l）中打點區(qū)域表示+NPO/+AO年合成海溫與+NPO/-AO年合成海溫的差異通過95%信度檢驗（單位：℃）Fig. 4 Composite anomalies of SST (℃) in the following (a) spring, (b) summer, (c) autumn and (d) winter corresponding to high NPO (+NPO) in the previous winter (Nov.-Mar.). (e-l) As same as in (a-d), but (e-h) corresponding to +NPO/+AO, and (i-l) to + NPO/AO, respectively. Stippled areas denote that the anomalies are significantly different from zero at 95% confidence level in Figs. a-d; but in Figs. e-l denote the regions where anomalies for the +NPO/+AO years are significantly different from those for the +NPO/AO years at 95% confidence level

1.4 春季AO對“季節(jié)腳印機制”的調(diào)制作用

前人研究［35-36］發(fā)現(xiàn)，冬季NPO可以通過“季節(jié)腳印機制”（seasonal footprinting mechanism）影響到下一個冬季ENSO事件的發(fā)生［32-34，52］；冬季NPO通過改變表面熱通量影響到同期冬季北太平洋地區(qū)的SST異常，NPO相關的冬季北太平洋SST異?？梢酝ㄟ^海氣正反饋作用［53］維持到次年的夏季。次年夏季大氣場對NPO相關的SST異常產(chǎn)生Gill響應［39-40］，在赤道兩側(cè)產(chǎn)生兩個氣旋性環(huán)流異常，產(chǎn)生赤道西太平洋西風，進而影響隨后冬季的ENSO事件［54-56］。Alexander等［52］檢測了海氣耦合模式中NPO影響ENSO的季節(jié)腳印過程，該海氣耦合模式由兩倍NPO標準差相關的表面熱通量驅(qū)動，結果顯示有70%的模式試驗能模擬出熱帶中東太平洋地區(qū)的海溫增暖現(xiàn)象。Park等［57］通過觀測資料分析發(fā)現(xiàn)，當冬季NPO為正位相時，下一個冬季發(fā)生El Ni?o事件的概率僅為41%。這些結果說明，冬季NPO并不總能通過季節(jié)腳印機制過程導致下一個冬季El Ni?o事件的發(fā)生。Chen等［58］研究揭示了春季AO對前冬NPO與下一個冬季El Ni?o之間的關系存在顯著的調(diào)制作用（圖4），發(fā)現(xiàn)只有當春季AO處于高值年時，冬季NPO高位相年才能觸發(fā)下一個冬季El Ni?o事件。春季AO高（低）位相年，春季AO有關的海溫異?？梢栽鰪姡p弱）前冬NPO高年在副熱帶北太平洋強迫出的春季海溫異常，從而增強（減弱）之后夏季通過海氣相互作用形成的赤道西太平洋西風異常，最終增強（減弱）隨后冬季赤道中東太平洋NPO相關的海溫異常。

2 其他月份AO對后期赤道中東太平洋海溫的影響

2.1 11月AO對隨后春季和夏季赤道中東太平洋海溫的影響

前面的分析指出春季AO對隨后冬季熱帶中東太平洋的海溫存在顯著的影響。當春季AO處于它的正位相時，隨后冬季往往會發(fā)生厄爾尼諾事件。然而，關于AO與熱帶太平洋海溫關系的研究，仍有一些科學問題尚不清楚。比如，其他月份AO的變率是否對熱帶中東太平洋海溫的變化也存在顯著的影響？如果存在，那么它們之間聯(lián)系的物理過程是怎樣的？我們的研究進一步發(fā)現(xiàn)，除了春季AO外，11月份AO的變化也能對后期春季和夏季熱帶中東太平洋海溫產(chǎn)生顯著的影響。

圖5給出了月平均AO指數(shù)與Ni?o3.4指數(shù)的超前相關系數(shù)分布［59］，可以看出，除了春季AO（3—4月平均）指數(shù)與隨后冬季赤道中東太平洋海溫存在顯著相關外，11月AO與隨后春季和夏季赤道中東太平洋的海溫也存在顯著的相關。圖6給出了11月AO指數(shù)相關的海溫和850hPa風場異常的時間演變，可以看出，當11月份AO為正（負）位相時，隨后春季和夏季熱帶中東太平洋地區(qū)往往出現(xiàn)海溫正（負）異常。因此，11月AO指數(shù)可以作為春季和夏季赤道中東太平洋的海溫異常的一個重要的前期預報因子。與春季AO類似，天氣尺度波與平均流之間的相互作用對北太平洋地區(qū)11月AO相關的大氣環(huán)流異常的形成起到關鍵的作用。在11月AO正位相年，副熱帶北太平洋地區(qū)存在顯著的氣旋環(huán)流和大氣加熱異常。大氣加熱對熱帶西北太平洋地區(qū)異常西風的形成和維持起到重要的作用。熱帶西太平洋地區(qū)異常西風通過海氣正反饋過程向東傳播，導致隨后春季和夏季熱帶中東太平洋地區(qū)出現(xiàn)顯著的異常暖海溫［45］。

圖5 月平均AO指數(shù)和Ni?o3.4指數(shù)的超前相關系數(shù)分布。縱坐標表示AO所在的月份。橫坐標的數(shù)字為Ni?o3.4指數(shù)落后AO指數(shù)的月份數(shù)（淺色和深色陰影分別表示相關系數(shù)通過90%和95%信度檢驗）[59]Fig. 5 Lead-lag correlation coefficients between the monthly AO index and the Ni?o 3.4 index. Positive (negative) lag indicates that the AO index leads (lags) the Ni?o 3.4 index. The dark (light) shading indicates the correlation over the 95% (90%) confidence level

2.2 AO影響赤道中東太平洋海溫的季節(jié)依賴性

月平均AO指數(shù)與Ni?o3.4指數(shù)的超前相關系數(shù)分布（圖5）已展示了哪些月份的AO對隨后赤道中東太平洋海溫存在影響。除了春季（3—4月平均）AO和11月AO外，其他月份的AO不能對隨后季節(jié)赤道中東太平洋的海溫產(chǎn)生顯著影響。AO影響隨后季節(jié)赤道中東太平洋海溫的關鍵因子是赤道西太平洋的西風異常。研究發(fā)現(xiàn)，春季AO和11月AO都能通過波-流相互作用觸發(fā)赤道西太平洋的西風異常，但是在其他月份AO相關的赤道西風異常很弱。

圖7進一步給出了北太平洋風暴軸活動強度的年循環(huán)，可以發(fā)現(xiàn)，北太平洋風暴軸活動存在兩個峰值，恰好分別在11月和春季（3—4月）。研究已證明，風暴軸偏強的時候，天氣尺度波動對平均流的反饋作用就更強，由此產(chǎn)生的赤道西風也更強。因此，相對于其他月份，11月和春季北太平洋風暴軸活動更強，對應的波流相互作用更強，從而AO相關的波流相互作用產(chǎn)生的赤道西太平洋西風異常更強。這就解釋了為什么只有春季（3—4月平均）AO和11月AO對隨后月份的赤道中東太平洋的海溫存在顯著的影響［58］。需要注意的是，AO空間結構的差異可能也會影響AO的信號能否傳到熱帶地區(qū)。

圖6 11月AO指數(shù)對海溫（填色，單位：℃）和850hPa風場（矢量，單位：m/s）的線性回歸圖[59]（a）-（i）依次為同期11月、后期的12—7月（打點區(qū)域表示海溫異常通過95%信度檢驗）Fig. 6 Anomalies of SST (shadings, ℃) and horizontal winds at 850 hPa (vectors, m/s) obtained by regression upon the normalized AO index in Nov (0): for (a) Nov (0), (b) Dec (0), (c) J an (+1), (d) Feb (+1), (e) Mar (+1), (f) Apr (+1), (g) May (+1), (h) J un (+1), and (i) J ul (+1). Stippled areas indicate where the anomalies are significantly different from zero at the 95% confidence level

圖7 北太平洋（35°—60°N，150°E—140°W）風暴軸強度的年循環(huán)[59]（風暴軸定義為2～8d帶通濾波300hPa位勢高度場的標準差，單位：m）Fig. 7 Annual cycle of the North Pacific storm track activity (unit: m) at 300 hPa, averaged over the region of 35°-60°N and 150°E-140°W, and 1979-2011

3 總結和討論

本文總結了最近一些年關于AO影響ENSO的最新研究進展。主要有以下的最新研究成果：

1）揭示了春季AO影響隨后冬季ENSO的物理過程。春季AO通過北太平洋地區(qū)的波流相互作用產(chǎn)生赤道西太平洋的西風異常，進而對隨后冬季ENSO事件產(chǎn)生影響。

2）揭示了春季AO與隨后冬季ENSO之間的關系在20世紀70年代初發(fā)生了一次顯著的年代際變化；在年代際轉(zhuǎn)變之前，春季AO對隨后冬季ENSO的影響不顯著，之后春季AO對ENSO事件的發(fā)生具有顯著的作用。北太平洋風暴軸活動強度的年代際變化是AOENSO關系在20世紀70年代初變化的重要原因之一。

3）揭示了春季AO對隨后冬季ENSO影響的不對稱性。只有當春季AO處于正位相時，它對隨后冬季赤道中東太平洋的海溫才有顯著的影響。

4）揭示了春季AO對NPO和ENSO的關系存在顯著的調(diào)制作用。當春季AO處于正（負）位相時，前冬NPO對后期冬季El Ni?o的影響（不）顯著。

5）揭示了11月AO對隨后春季和夏季赤道中東太平洋海溫的影響。與春季AO類似，11月AO通過北太平洋地區(qū)的波-流相互作用產(chǎn)生赤道西太平洋的西風異常，進而通過海氣相互作用和海洋動力過程對隨后春季和夏季赤道中東太平洋的海溫產(chǎn)生影響。

6）揭示了AO影響隨后季節(jié)赤道中東太平洋海溫的季節(jié)依賴性。AO影響赤道中東太平洋海溫的季節(jié)依賴性與北太平洋風暴軸強度的季節(jié)演變有關。只有當北太平洋風暴軸活動強度比較強時，AO才能激發(fā)赤道西太平洋的西風異常，進而對隨后季節(jié)赤道中東太平洋海溫產(chǎn)生影響。

雖然AO影響ENSO的研究取得了一些研究進展，但是仍然有一些問題值得進一步的研究：1）目前關于AO影響ENSO的研究大都是采用觀測資料分析，耦合模式中AO與ENSO的關系值得進一步的分析；2）目前研究集中在AO對ENSO的影響。ENSO是否對后期的AO存在影響？若存在，影響的物理過程也值得進一步的探究。

［1］ T ompson D W， Wallace J M. T e Arctic Oscillation signature in the wintertime geopotential height and temperature fi elds. Geophys Res Lett， 1998， 25： 1297-1300.

［2］ T ompson D W， Wallace J M. Annular modes in the extratropical circulation. Part I： month-to-month variability. J Climate， 2000， 13：1000-1016.

［3］ Hartmann D L， Lo F. Wave-driven zonal flow vacillation in the Southern Hemisphere. J Atmos Sci， 1998， 55： 1303-1315.

［4］ Limpasuvan V， Hartmann D L. Eddies and the annular modes of climate variability. Geophys Res Lett， 1999， 26： 3133-3136.

［5］ Limpasuvan V， Hartmann D L. Wave-maintained annular modes of climate variability. J Climate， 2000， 13： 4414-4429.

［6］ Lorenz D J， Hartmann D L. Eddy-zonal flow feedback in the Southern Hemisphere. J Atmos Sci， 2001， 58： 3312-3327.

［7］ Lorenz D J， Hartmann D L. Eddy-zonal flow feedback in the Northern Hemisphere winter. J Climate， 2003， 16： 1212-1227.

［8］ Thompson D W， Lee S， Baldwin M P. Atmospheric processes governing the northern hemisphere annular mode/North Atlantic oscillation. Geophysical Monograph-American Geophysical Union，2002， 134： 81-112.

［9］ Chen W， Li T. Modulation of northern hemisphere wintertime stationary planetary wave activity： East Asian climate relationships by the Quasi-Biennial Oscillation. J Geophys Res， 2007， 112，D20120.

［10］ Chen W， Zhou Q. Modulation of the Arctic Oscillation and the East Asian winter climate relationships by the 11-year solar cycle. Adv Atmos Sci， 2012， 29： 217-226.

［11］ Chen S， Chen W， Wei K. Recent trends in winter temperature extremes in eastern China and their relationship with the Arctic Oscillation and ENSO. Adv Atmos Sci， 2013a， 30： 1712-1724.

［12］ Jeong J H， Ho C H. Changes in occurrence of cold surges over east Asia in association with Arctic Oscillation. Geophys Res Lett，2005， 32. doi： 10.1029/2005GL023024.

［13］ Chen S， Chen W， Wu R. An interdecadal change in the relationship between boreal spring Arctic Oscillation and the East Asian Summer Monsoon around the early 1970s. J Climate， 2015，28： 1527-1542.

［14］ Gong D Y， Ho C H. Arctic oscillation signals in the East Asian summer monsoon. J Geophys Res， 2003， 108： 4066.

［15］ Gong D Y， Yang J， Kim S J， et al. Spring Arctic Oscillation-East Asian summer monsoon connection through circulation changes over the western North Pacifi c. Clim Dyn， 2011， 37： 2199-2216.

［16］ Chen W， Yang S， Huang R H. Relationship between stationary planetary wave activity and the East Asian winter monsoon. J Geophys Res， 2005， D14110.

［17］ Gong D Y， Wang S W， Zhu J H. East Asian winter monsoon and Arctic oscillation. Geophys Res Lett， 2001， 28： 2073-2076.

［18］ Wu， B， Wang J. Winter Arctic oscillation， Siberian high and East Asian winter monsoon. Geophys Res Lett， 2002， 29： 1897.

［19］ Miller A J， Zhou S， Yang S K. Relationship of the Arctic and Antarctic oscillations to the outgoing longwave radiation. J Climate， 2003， 16： 1583-1592.

［20］ Choi K S， Byun H R. Possible relationship between western North Pacifi c tropical cyclone activity and Arctic Oscillation. T eor Appl Climatol， 2010， 100： 261-274.

［21］ Choi K S， Wu C C， Byun H R. Possible connection between summer tropical cyclone frequency and spring Arctic Oscillation over East Asia. Clim Dyn， 2012， 38： 2613-2629.

［22］ Larson J， Zhou Y P， Higgins R W. Characteristics of landfalling tropical cyclones in the United States and Mexico： Climatology and interannual variability. J Climate， 2005， 18： 1247-1262.

［23］ Zhou S， Miller A J. The interaction of the Madden-Julian oscillation and the Arctic Oscillation. J Climate， 2005， 18： 143-159.

［24］ 胡淼， 龔道溢， 毛睿. 2—4月北極濤動對中西太平洋ITCZ活動的可能影響. 熱帶氣象學報， 2013， 29（1）： 55-65.

［25］ Huang R， Chen W， Yang B， et al. Recent advances in studies of the interaction between the East Asian winter and summer monsoons and ENSO cycle， Adv Atmos Sci， 2004， 21： 407-424.

［26］ Wang B， Wu R， Fu X. Pacific-East Asian teleconnection： How does ENSO affect East Asian climate？ J Climate， 2000， 13：1517-1536.

［27］ 陳文. El Ni?o和La Ni?a事件對東亞冬、夏季風循環(huán)的影響. 大氣科學， 2002， 26（5）： 595-610.

［28］ Schopf P S， Suarez M J. Vacillations in a coupled oceanatmosphere model. J Atmos Sci， 1988， 45： 549-566.

［29］ Battisti D S， Hirst A C. Interannual variability in a tropical atmosphere-ocean model： influence of the basic state， ocean geometry and nonlinearity. J Atmos Sci， 1989， 46： 1687-1712.

［30］ Jin F F. An equatorial ocean recharge paradigm for ENSO. Part I：conceptual model. J Atmos Sci， 1997， 54： 811-829.

［31］ Li C Y. Interaction between anomalous winter monsoon in East Asia and El Ni?o Events. Adv Atmos Sci， 1990， 7： 36-46.

［32］ Vimont D J， Battisti D S， Hirst A C. Footprinting： A seasonal connection between the tropics and mid-latitudes. Geophys Res Lett， 2001， 28： 3923-3926.

［33］ Vimont D J， Wallace J M， Battisti D S. T e seasonal footprinting mechanism in the Pacifi c： Implications for ENSO. J Climate， 2003，16： 2668-2675.

［34］ Vimont， D J， Alexander M， Fontaine A. Midlatitude excitation of tropical variability in the Pacific： the role of thermodynamic coupling and seasonality. J Climate， 2009， 22： 518-534.

［35］ Rogers J C. T e north Pacifi c oscillation. J Climatol， 1981， 1： 39-57.

［36］ Walker G T， Bliss E. World weather. V Mem Roy Meteor Soc，1932， 4： 53-84.

［37］ Nakamura T， Tachibana Y， Honda M， et al. Influence of the Northern Hemisphere annular mode on ENSO by modulating westerly wind bursts. Geophys Res Lett， 2006， 33： L07709.

［38］ Nakamura T， Tachibana Y， Shimoda H. Importance of cold and dry surges in substantiating the NAM and ENSO relationship. Geophys Res Lett， 2007， 34： L22703.

［39］ Matsuno T. Quasi-geostrophic motions in the equatorial area. J Meteor Soc Japan， 1966， 44： 25-43.

［40］ Gill A E. Some simple solutions for heat-induced tropical circulation. Quart J Roy Meteor Soc， 1980， 106： 447-462.

［41］ Ding Y H. Monsoons over China. New York： Springer， 1987.

［42］ Zhang Y， Wang W C. Model-simulated northern winter cyclone and anticyclone activity under a greenhouse warming scenario. J Climate， 1997， 10： 1616-1634.

［43］ Chen S， Yu B， Chen W. An analysis on the physical process of the infl uence of AO on ENSO. Clim Dyn， 2014， 42： 973-989.

［44］ Lau N C. Variability of the observed midlatitude storm tracks in relation to low-frequency changes in circulation pattern. J Atmos Sci， 1988， 45： 2718-2743.

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

［46］ Chen S， Wu R， Chen W， et al. Genesis of westerly wind bursts over the equatorial western Pacifi c during the onset of the strong 2015-16 El Ni?o. Atmos Sci Lett， 2016， 17：384-391.

［47］ Chen S， Yu B， Chen W. An interdecadal change in the infl uence of the spring Arctic Oscillation on the subsequent ENSO around the early 1970s. Clim Dyn， 2015， 44： 1109-1126.

［48］ Jin F F. Eddy-induced instability for low-frequency variability. J Atmos Sci， 2010， 67： 1947-1964.

［49］ Jin F F， Pan L， Watanabe M. Dynamics of synoptic eddy and lowfrequency flow interaction. Part I： A linear closure. J Atmos Sci，2006， 63： 1677-1694.

［50］ Jin F F， Pan L， Watanabe M. Dynamics of synoptic eddy and lowfrequency flow interaction. Part II： A theory for low-frequency modes. J Atmos Sci， 2006， 63： 1695-1708.

［51］ Chen S， Chen W， Yu B. Asymmetric influence of boreal spring Arctic Oscillation on subsequent ENSO. J Geophys Res： Atmos，2014， 119： 135-150.

［52］ Alexander M A， Vimont D J， Chang P， et al. The impact of extratropical atmospheric variability on ENSO： testing the seasonal footprinting mechanism using coupled model experiments. J Climate， 2010， 23： 2885-2901.

［53］ Xie S P， Philander S G H. A coupled ocean-atmosphere model of relevance to the ITCZ in the eastern Pacific. Tellus Ser A-Dyn Meteorol Oceanol， 1994， 46： 340-350.

［54］ Barnett T， Dümenil L， Schlese U， et al. T e eff ect of Eurasian snow cover on regional and global climate variations. J Atmos Sci， 1989，46： 661-686.

［55］ Huang R， Zhang R， Yan B. Dynamical effect of the zonal wind anomalies over the tropical western Pacifi c on ENSO cycles. Sci Chin Ser D： Earth Sci， 2001， 44： 1089-1098.

［56］ Weisberg R H， Wang C. A Western Pacifi c Oscillator Paradigm for the El Ni?o-Southern Oscillation. Geophys Res Lett， 1997， 24：779-782.

［57］ Park J Y， Yeh S W， Kug J S， et al. Favorable connections between seasonal footprinting mechanism and El Ni?o. Clim Dyn， 2013，40： 1169-1181.

［58］ Chen S， Chen W， Yu B， et al. Modulation of the seasonal footprinting mechanism by the boreal spring Arctic Oscillation. Geophys Res Lett， 2013， 40： 6384-6389.

［59］ Chen S， Wu R， Chen W， et al. Influence of the November Arctic Oscillation on the subsequent tropical Pacific sea surface temperature. Int J Climatol， 2015， 35： 4307-4317.

Progress in the Study of the Infl uence of Arctic Oscillation on ENSO

Chen Shangfeng， Chen Wen
（Center for Monsoon System Research， Institute of Atmospheric Physics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029）

Arctic Oscillation （AO） is the dominant mode in the atmospheric circulation variability over the extra-tropical Northern Hemisphere. El Ni?o-Southern Oscillation （ENSO） is the primary mode in air-sea interaction over the tropical Pacific on interannual timescale. Variations of AO and ENSO exert substantial infl uences on the weather and climate anomalies over large areas in the globe. This paper reviews the studies of the infl uence of AO on ENSO， to improve our understanding the physical processes in the infl uence of extratropical atmospheric circulation on the tropical climate. It was found that the AO in spring has a signifi cant infl uence on the ENSO events in subsequent winter. Interaction between synoptic scale eddy and low frequency mean fl ow over North Pacifi c plays a key role in the formation of the spring AO-related westerly wind anomalies over tropical western Pacifi c. The connection between the spring AO and subsequent winter ENSO experiences a signifi cant interdecadal change around the early 1970s. This interdecadal change is closely related to the interdecadal change in the storm track intensity over North Pacifi c. The infl uence of the spring AO on the subsequent winter is asymmetric. Spring AO can exert signifi cant infl uences on the following winter ENSO events only in its positive phase. Spring AO has a signifi cant modulation effect on the linkage between previous winter North Pacifi c Oscillation and the following winter ENSO. In addition， the AO in November can exert signifi cant infl uences on the sea surface temperature anomalies over tropical central-eastern Pacifi c in the following spring and summer. The intensifi cation of the North Pacifi c storm track activity plays an important role in determining whether the variability of AO can exert infl uences on the subsequent SST anomalies in the tropical central-eastern Pacifi c.

AO， ENSO， wave-mean fl ow interaction， storm track

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.05.001

2015年8月17日；

2016年1月16日

陳尚鋒（1989—），Email： chenshangfeng@mail.iap.ac.cn

資助信息：國家自然科學基金項目（41230527；41605050）