北大西洋涛动对其下游影响的两类不同路径特征研究

Previous studies indicated that the disturbances associated with the North Atlantic Oscillation (NAO) can impact the downstream regions via quasi-stationary waves propagating along the Asian-Afican subtropical waveguide. However, observations show that the downstream influences of the NAO are primarily confined in the high latitudes regions over the Euroasia continent. Therefore, it is difficult to explain the downstream influences of the NAO only by using quasi-stationary waves propagating in the subtropical regions. The proposers of this project provide a brand new idea about the mechanism of the NAO's downstream influences considering that there are two distinct types of the downstream extension of the NAO: a high and low latitude pathway.Due to the different pathways, the downstream influences of the NAO are different. .Based on this viewpoint, this project investigate the different characteristics of the high and low latitude pathway by using data and theorical analyses, different responses in the East Asia climate. This project will also examine the variations of the pathway that NAO impacts the downstream regions and its causes. The future variations of the pathway that the NAO impacts the downstream regions (in particular the East Asia) under the different scenarios of global warming will also be evaluated by using IPCC AR5 lasest multi-model simulation results. This project has important theoretical significance in understanding the climate impact of the NAO on the East Asian region. For the forecast of the future climate change of the East Asia in the case of global warming, this project also has a practical value.

以往研究认为北大西洋涛动（NAO）的扰动可以通过亚非副热带波导以准定常波的形式影响其下游。然而观测表明NAO对下游的影响主要位于高纬地区，因此很难只用在副热带地区传播的准定常波来解释NAO对下游的影响。项目申请人突破以往的认识，认为NAO对下游的影响存在"高纬"、"低纬"两支路径。不同的影响路径，造成NAO对下游存在不同影响。基于这一全新观点，本研究通过资料分析和理论分析探讨NAO对下游地区影响所存在的"高纬"和"低纬"型特征，研究其对东亚地区产生的不同气候影响，并分析历史上NAO对下游影响方式的变化及其规律和原因，同时利用最新的IPCC AR5多模式模拟结果对在未来全球变暖的不同情形下NAO对下游地区（尤其是东亚地区）影响方式的变化进行评估。本研究对深刻认识NAO对东亚地区的气候影响上具有重要的理论意义，也对预测在全球不断变暖的情形下东亚地区未来气候变化具有一定应用价值。

北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）是位于北大西洋地区大气的一个经向偶极形的遥相关模态。NAO是北半球冬季大气在季节内和年际尺度上最主要的低频变化模态，对于整个北半球的天气、气候都存在非常显著的影响。.本项目围绕NAO的气候影响以及动力学机制，主要研究了：1.北大西洋涛动对下游影响的两支路径。2. 北大西洋涛动瞬变涡旋反馈强迫新的物理理解。. 研究取得的主要进展和重要结果如下：.1. 北大西洋涛动对下游影响的两支路径. 在北半球冬季，NAO对整个北半球尤其是其下游地区的天气、气候有重大影响。以往的研究认为NAO的影响以定常波的形式，通过欧亚副热带急流波导这支低纬度路径影响其下游尤其是亚洲大陆地区。我们的研究工作表明，NAO的影响除了这支在副热带地区的低纬路径外，还可以通过另一支沿着欧亚大陆中高纬度地区的路径影响其下游地区。由于影响路径的不同，NAO对下游地区的影响也产生了一定的区别。.2..北大西洋涛动瞬变涡旋强迫新的物理理解. NAO在很大程度上是一个大气内部动力过程造成的低频模态。研究指出，NAO主要是由异常天气瞬变涡旋的涡度强迫（Eddy vorticity forcing, EVF）驱动生成和维持。传统的观点认为，伴随NAO而出现的异常EVF是由于NAO的大尺度或是低频环流异常对小尺度或是高频瞬变涡旋的调制和组织而产生的，即所谓的涡旋反馈理论。为了进一步理解驱动NAO的异常EVF的物理机制，我们提出了一套分解非线性EVF的方法。基于这套方法，我们对NAO事件中的异常EVF进行了分解。结果表明，造成NAO事件中的异常EVF的最根本物理过程是瞬变涡旋相速度变化而引起的初始涡旋和变形涡旋之间的相互作用。这一观点与前人涡旋反馈的观点，即“NAO使得瞬变涡旋结构发生拉伸变形，造成其波破碎以及传播方向发生变化，从而生成了异常的涡旋涡度强迫”不一致。