北极涛动和ENSO的相互作用及其对我国冬季气候的协同影响

Arctic Oscillation (AO) is the primary mode of atmospheric low-frequency variability in the extratropical Northern Hemisphere, while ENSO is the leading pattern of interannual climate variability of the tropical Pacific ocean-atmosphere system. They both exert a crucial impact on the anomalous winter climate in China. Some recent studies found a link between ENSO and AO. However, there exists more than one type of ENSO, based on the spatial distribution of SST anomalies. The traditional type has SST anomaly center located over eastern tropical Pacific, while a new type has SST anomaly center located over central tropical Pacific. Up to date, the interaction between AO and different type of ENSO as well as their combined impact on the winter climate in China are still unclear. In the present study, we will make a comprehensive analysis of the relationship between different types of ENSO and winter AO on intraseasonal and interannual timescales using observational and reanalysis data. The physical mechanism responsible for the influence of different type of ENSO on the winter AO will be diagnosed by investigating the diabatic heating and transient vorticity forcing, via observational data and numerical simulation. Furthermore, the combined impact of different type of ENSO and AO on the anomalous winter climate in China will be revealed using station observations. It will aim to provide a scientific basis for improving the skill of winter climate forecast and thus increasing the ability to address disasters.

北极涛动（AO）是北半球热带外大气环流低频变率的主要模态，ENSO是热带太平洋年际气候变率的最强信号，两者均是影响我国冬季气候异常的重要因子。近期的研究表明，ENSO与AO之间存在明显的相互作用。然而，ENSO事件具有不同的分布类型，相应的对流活跃区也不同。目前有关不同分布型ENSO事件和AO的相互作用及其对我国冬季气候异常的协同影响方面的研究还较少。为此，本项目将利用海洋和大气再分析资料及台站观测资料，系统研究不同分布型ENSO事件和冬季AO在不同时间尺度（季节内，季节-年际）上的相互联系；结合诊断分析和数值模拟，基于非绝热强迫及瞬变涡-低频流相互作用等物理过程，揭示不同分布型ENSO事件影响冬季AO的途径和物理机制；在此基础上，考虑ENSO的不同分布型，探讨ENSO和AO不同位相对我国冬季气候年际变化的协同影响及其机制，为提高我国冬季短期气候预测水平和国家开展防灾减灾工作提供科学依据。

来源于热带的ENSO和热带外的北极涛动/北大西洋涛动（AO/NAO）是影响我国冬季气候的关键因子。为提高我国冬季短期气候预测水平和国家开展防灾减灾工作提供科学依据，本项目针对冬季AO/NAO对我国气候的影响、机理和年代际变化，以及不同分布型ENSO事件和AO/NAO的相互作用及其对我国气候的协同影响开展了大量研究，并取得以下研究成果。（1）揭示了前冬和后冬AO/NAO与中国南方气温之间的影响关系存在反相变化的事实，指出这种反相变化与AO/NAO北大西洋活动中心位置的季节性东西移动有关，并提出了AO/NAO通过欧亚副热带环流变化进而影响我国南方气候的物理机制。（2）发现近60多年来冬季AO/NAO对我国南方气温的影响存在显著的年代际变化特征，这与AO/NAO冰岛活动中心位置和振幅的年代际变化有关。随着近20多年来冬季AO/NAO冰岛活动中心的西退及其振幅的减弱，AO/NAO与中国南方、亚洲北部以及欧洲地表气温之间的影响关系也在减弱。冬季AO/NAO活动中心的年代际变化，还能够引起与之相耦合的北大西洋海温三极子的显著变化，并进一步影响到后期东亚夏季风的变化。（3）评估了目前国际上最先进的气候模式对AO/NAO和ENSO的模拟能力。几乎所有模式都可以较好的再现冬季AO/NAO的水平分布特征，但均高估了其振幅，而且大部分模式对AO/NAO垂直结构的模拟能力仍需要进一步提高。对ENSO-年循环联合模的评估发现，目前国际上大部分气候模式对其时空特征的模拟能力很大程度上依赖于模式对ENSO的模拟能力。（4）研究了典型ENSO事件对冬季AO/NAO季节内变率的影响及其可能机理，发现前者对AO的季节内时间演变和空间分布均存在重要影响，北太平洋是前者影响后者的关键区。其中，东部型暖（冷）ENSO事件的发生可为AO负（正）异常事件的维持提供有利的背景条件。（5）分析了冬季AO/NAO和ENSO对我国气候的协同影响及其物理机制。在AO和典型ENSO的不同位相配置下，中国北方冬季气温异常主要取决于AO的位相，但AO负位相和ENSO暖位相配置更有利于我国东北发生极端低温事件。此外，在AO和典型ENSO的不同位相配置下，中国东南地区冬季降水异常主要受ENSO控制，但AO可以通过影响中国上游西南水汽输送和东亚冷空气活动来调制降水异常的空间分布。