李双林，王彦明，郜永祺. 北大西洋年代际振荡(A MO )气候影响的研究评述[ J ]. 大气科学学报, 2009 , 32 (3 ) : 458 2465.
北大西洋年代际振荡( A MO )气候影响的研究评述
郑州富士康多少员工李双林1 , 王彦明1, 2 , 郜永祺1结婚要买些什么
( 1. 中国科学院大气物理研究所竺可桢—南森国际研究中心，北京100029;
2. 中国海洋大学海洋环境学院, 山东青岛266003 )
丝路亚心摘要：北大西洋年代际振荡( the A tl an t i c M u lti decada l O sc i ll a t i o n, AMO )是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度( sea su r face temp e ra t u r e, SST)准周期性暖冷异常变化。它具有65～80 a周期，振幅为014 ℃。AMO 的形成与热盐环流的准周期性振荡有关，它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明, AMO 在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温，美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水，北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO 对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用，暖位相AMO 增强东亚夏季风，减弱冬季风，冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展，讨论了AMO 对未来气候预测的意义，认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO 处于暖位相有关，是人类温室气体强迫与暖位相AMO (自
然因子)两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO 逐渐转入冷位相，我国冬季变暖趋势将放慢，并有望于21 世纪20年代中期逆转。
关键词：北大西洋年代际振荡(AMO )；海面温度；东亚季风；气候变化
中图分类号: P461. 2 文献标识码: A文章编号: 1674 27097 ( 2009 ) 03 20458 208
A Rev i e w of the Researches on the A t l a n t i c M ulti decad a l
O sc i ll a t i o n ( A MO ) and I ts C l ima t e I nfluence
L I Shuang2lin1 ,W AN G Yan2m ing1, 2 , G AO Yong2q i1
( 1. N an sen2Zhu I n t e r na tiona l R e s ea r ch Cen t r e, I n stitu te of A t mo sp h eric Physic s, Ch ine se A cade m y of Sc ience s, B e ijing 100029 , Ch ina;
2. Co l lege of Physica l and Envir onm en ta l O ceanogra p h y, O c ean U n i ve rsity of Ch ina, Q ingdao 266003 , Ch ina)
全本电子书A b s tra c t: The A tl an t i c M u lti decada l O sc i ll a t i o n ( A MO ) , w h i ch is the fl uc t ua t i o n p a t te r n of N o rth A t2
l an t i c sea su rface tem p e ra t u re ( SST) , va r i e s ove r ba s i n sp a t i a l sca l e and m u lti decada l tempo r a l sca l e.
It ha s a p e ri o d of 6 5 —8 0yea r s and an am p litude of 0. 4 ℃. The AMO is f ound a r isen from i n t e rna l va r iab ility of c li m a t e system , p a rticu l a rl y li nked t o qua s i2p e r i o d i c fl uc t ua t i o n of t he The r moha l i ne C ir2 cu l a t i o n ( TH C ) .P rev i o u s st ud i e s have revea l ed tha t the AMO ha s si gn i fi can t i nfl uence s on t he gl o ba l and regi o na l c l i m a t e of the t w en t i e t h cen t u ry i nc l ud i ng su rface temp e ra t u re i n Eu ra s i a, p rec i p ita t i o n i n N o r th A m e ri ca, N o rthea s t B razil, A fri can Sahe l and I nd i a , a s w e ll a s hu r ri cane s i n A tlan t i c. Fu r the r2 m o re, the AMO ac t s a s a p a cem a ke r of m u l ti decada l c li m a t e va ri a t i o n s of the Ea s t A si a. The w a r m 2 p h a s e AMO i n t en s ifi e s the Ea s t A s i an summ e r mon s oon bu t w e aken s the w i n t e r m o n s oon ,and vise ve r sa. Th i s a r ti c l e summ a riz e s the p r ogre s s of th i s a s p e c t and d i scu s se s the AMO πs i m p lica t i o n s f o r the c li2 m a t e p r o j ec t i o n i n the fu t u r e decade s. It is a r gued tha t si gn i fi can t w i n t e r wa r m i ng i n Ch i na i n the recen t t w o decade s ha s been a r isen fr om bo t h the an t h r opogen i c f o r c i ng of greenhou s e ga s and the na t u r a l f o r c i ng dom a i ned by the AMO. A l o ng w ith the AMO en t e r i ng a co l d p h a s e, the w i n t e r w a r m i ng i n Ch i na is p r o j ec2 ted t o sl o w down, o r even reve rse by the m i dd l e te r m of 2020 s.
收稿日期: 2009 201 210；改回日期: 2009 204 201
基金项目：国家自然科学基金资助项目( 90711004 ) ; 中国科学院“百人计划”项目( 8 2059405 ) ; 中国科学院知识创新工程重要方向项目( KZCX2 2Y W 2BR 214 )
作者简介：李双林(1966 —) ，男，湖北孝感人，博士，研究员，博士生导师，研究方向为热带外大气环流异常、海气相互作用及对流层影响平流层动力过程, shuanglin. li@m a il. ia p. ac. cn.
Key word s :A tl an t i c M u lti decada l O sc i ll a t i o n (AMO ) ; sea su r face temp e r a t u re ( SST ) ; Ea s t A si an mon 2 soon; c l i m a t e change
个问题作了深入讨论 ，通过多个海气耦合模式结果
发现 ，热盐环流虽然是在减弱 ，但是欧洲的气候还是
处于增暖状态 ，这可能与人类温室气体引起的增暖
大于热盐环流减弱造成的降温有关 。但是 从 T HC
的周期来看 ，它对气候的影响将是长期的 、巨大的 ,
全球变暖背景下 THC 的减弱直至关闭 ，尽管被认为
是“低可能性 ”、“高影响力 ”的事件 ，但依然引起了 全世界的关注 。北大西洋区域作为热盐环流的关键
区域 ，其气候的异常变化更是受到了关注 ，体现北大
西 洋 海 温 年 代 际 变 率 的 北 大 西 洋 年 代 际 振 荡 (AMO )被认为是受 THC 的驱动产生 , 是一种气候
系统的内部自然变化 ，其对气候的影响自然成为研 究热点 。
0 引言
海水在空间上存在着温度和盐度的差异 ，因密 度分布不同导致深层海水的缓慢运动称之为热盐环 流 ( the The r moha li ne C ircu l a ti o n, THC ) 。热盐环流的 重要性在于 ，它与大气中著名的 H ad l ey 环流 、Fe rre l 环流和极地环流等一起 ，构成了维持全球气候系统 能量平衡至关重要的经向环流体系 。
在整个能量传输系统中 ，大西洋是最重要的低 纬度向高纬度的热输送区域 。据估算 ，在 24 °N 处 , 大西洋的热输送为 1 P W ( 1 P W = 1015
W ) [ 1 22 ]
，占该 纬度上所有大洋的经向热输送总量 ( 210 P W ) 的一 半 。热量的输送主要是来自北大西洋暖流在向北输 送过程中冷却释放热量 。北大西洋暖流 ，墨西哥湾 流的北支 ，属于暖水系环流 ，在北移过程中为欧洲及 其以北地区带来温暖湿润气候 ，有研究认为是受热 盐环流推动产生 [ 3 25 ] 。随着全球气候变暖 ，热盐环流 可能减弱
[ 6 ]
，将导致北 大西 洋暖 流的 减 弱 , 引起 气
候的巨大变化 [ 7 28 ] 。
全球气候系统变暖是毋庸置疑的 。 I PCC 第四 次评估报告 [ 9 ]
指出 ，最近 50 a ( 1956 —2005年 )全球 地表温度的 增暖 趋势 为 每十 年 0113 ℃, 且 北极 地 区温度升高的速率几乎是全球平均速率的两倍 ; 积 雪和海冰面积也相应减少 , 1978 年以来的卫星观测 资料显示北极年平均海冰面积以每十年 217 %的速 率退缩 ；同时 , 海平 面的 上升 与 全球 变暖 也 是一 致 的 ，自 1961年以来 ，全球平均海平面上升的平均速 率为每年 118 mm ，而从 1993 年以来平均速率高达 每年 311 mm 。全球变暖已经引起了全世界的关注 , 但温室效应排放等人类强迫与气候系统自
然振荡各 自起到了多大作用还是一个争论较多的问题 。
全球增暖引发热盐环流减弱和气候剧烈变化 。 它是从两方面来影响的 ，一方面是增温 ，海温升高将 导致热膨胀 ，使得海平面升高 ，另一方面是高纬度表 层海水淡化 ，冰川 、冰帽以及极地冰盖的加速融化会 引起海水总质量增加 ，盐度降低 。这两方面都使得 高纬度表层海水密度降低 ，阻碍深层冷水团的合成 , 高低纬密度差异的减弱 ，最终导致热盐环流的减弱 。 热盐环流减弱 ，会造成极地热输送的减弱 ，从而 降低北大西洋的表面温度 ，最终影响北美以及欧洲 西北部的气候 。 IPCC 第三次评估报告 [ 10 ] 特别就这
1 A MO 及指数
很多研究都发现北大西洋海盆尺度海温具有显 著 的 多 十 年 尺 度 , 存 在 暖 冷 位 相 交 替 出 现 的 变 化 [ 11 219 ] 。B j e rkne s [ 11 ]最早就北大西洋海温异常和海 平面气压 ( sea l eve l p re s su r e, S L P )异常分析发现 ，在
1920 —1960 年期间 , 北大西洋 30 ～50 °N 区域海温
有逐渐增暖的趋势 , 同时 S L P 场 与 海温 异常 一 致 ,
在 50 °N 附近出现负异常 , 冰岛低压增 强 , 在 30 °N 附近出 现 正异 常 , 亚速 尔高 压 增强 。之后 ,
Fo l l and
等 [ 12 ]发现 , 1960 —1980年北大西洋海温逐渐进入变 冷的 阶 段 ; 1990 年 至 今 , 北 大 西 洋 海 温 又 进 入 暖 期 [ 4 , 16 218 ]
。 Ke r r [ 19 ]
在 2000 年正 式 定 义 这 种 海 温 的 年代际变化为“北大西洋年代际振荡 (AMO ) ”。它
是发生在北大西洋区域具有海盆尺度的 、多十年变
率的 SST 异常变化 ，是一种自然变率 ，具有 65～80 a 的周期 ，振幅为 014 ℃。
更好地研 究 AMO 的 年 代 际 变 率 离 不 开 AMO 指数的时间序列 。参考 Enfi e l d 等
[ 18 ]
的工作 , W ang
等 [ 20 ]
浪2总决赛成团名单定 义 AMO 指 数 为 区 域 ( 75 ～ 715 °W
, 0 °～ 60 °N )的海表温度异常的年平均 。在计算过 程 中 ,
去掉了海温异常的线性趋势 ，目的是去掉全球增暖 的影 响 , 且 作 了 九 点 滑 动 平 均 。图 1 a 是 1856 —
2007年 AMO 指数的时间序列 。由图 1 a 可以很清
晰地看到 , 19 世纪末至 20 世纪 20 年代中期 、20 世 纪 50年代末至 80 年代为 AMO 的两个冷 (负 )位相 期 ；而 20世纪 30年代至 50 年代中期 、90 年年代早 期至今为 AMO 的两个暖 (正 ) 位相期 。同时 , 计算
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图 1
AMO 指数 ( a；单位 : ℃)与东亚表面气温异常指数 ( b；实线 ：东亚表面气温异常指数 ，取 90 ～125 °E , 2215 ～45°N 区域
平均 ；点线 ：温度异常的线性趋势 ；虚线 ：去掉线性趋势后的温度异常 ；单位 : ℃)的演变 F i g . 1 Tempo r a l evo l u t i o n s of ( a ) the AMO Index ( ℃) and ( b ) Ea s t A sia su r face temp e r a t u r e anom a l y index ( ℃; so l id line: su r 2 face temp e r a t u r e anom a l y ca l cu l a t ed by ave r agin g ove r 2215—45 °N , 90 —125 °E
regi o n; da s hed line: the linea r trend of su r face tem 2 p e r a t u r e anom a l y; b r oken line: de t rended su r face temp e r a t u r e an om a l y )
着中国大部分地区的暖冬 [ 22 ]
，华南沿海地区少雨且 北部多雨 。W ang 等 [ 20 ] 拓展了 L i 等 [ 21 ] 的工作 , 研 究了 AMO 在不同
季节的影响 , 通过观测分析和多 模式模拟研究发现 , AMO 的暖 (正 ) 位相不仅对 应着中国大部分地区的暖冬 , 而且在各个季节都会 使得东亚地区增暖 (图 2、图 3 ) 。利用 SVD 方法 也发现 , 大西洋海表温度与我国河套以南及长江中 游地区冬季气温有显著正相关 [ 23 ] , 也与我国长江 流域的降水以及东亚夏季风存在显著相关 [ 24 ] 。L u
了各个季节的 AMO 指数 , 发 现 跟年 平均 指 数的 基 本趋势是一致的 ，说明 AMO 没有明显的季节变化 。
2 A MO 的气候影响
2. 1 对亚洲气候的影响
对于东亚地区 , 已有研究发现 AMO 有 利于 东 亚气候的增暖 ，并在一定程度上增强了东亚夏季风 , 减弱了东亚冬季风 。L i 等 [ 21 ] 通过观测分析和多个 大气环流模式模拟发现 , AMO 的暖 (正 )位相 ，对应
图2 冬( a) 、春( b) 、夏( c) 、秋季( d) 表面气温与AMO 指数的回归分布(引自文献[ 20 ] ；绿等值线表示通过0. 05显著性水平检验; 打点区域表示利用一阶自回归(AR 21) 模型通过不确定性估计; 单位: ℃)
F i g. 2 R e gre s si o n p a t te r n s of de t rended su r face temp e r a t u r e on t o the AMO I ndex in ( a) DJ F, ( b) MAM , ( c) JJA ,and ( d) S ON ( fr om refe r ence [ 20 ] ; the green con t ou r s ind i ca t e sig n i f ican t a t 95 %leve l by a loca l Studen tπs t te s t; the a r ea s m a r ked by b l ack d o t s ind i ca t e p a s sing unce r ta i n t y e s ti m a t e ba s ed on the first2o r de r au t o r egre s sion e r ro r mode l(AR 21 ); un i ts: ℃)
等[ 25 ]的工作发现, AMO 的暖(正) 位相导致更强的东亚夏季风，这点与年际尺度上北大西洋SST的影响有相似之处，入梅早的年份，北大西洋海温较常年偏暖；入梅晚的年份，前期冬春北大西洋海温较常年偏冷[ 26 ] 。关于AMO 影响东亚气候的机制还不明确，需要进一步的研究，目前有两种观点：一是AMO 引起西太平洋的海气反馈作用[ 25 ] ，二是AMO 通过影响大气环流引起欧亚对流层气温变化[ 21 ] 。W ang 等[ 20 ]的工作支持后一种机制，即AMO 通过加热欧亚对流层中高层，加强了海陆之间的热力差异，最终影响季风。
南亚地区, 当前研究发现AMO 的暖(正) 位相对应着印度夏季更多的降水[ 20 , 25 , 27 231 ] , 这种关系自19世纪70年代以来尤为显著。然而AMO 影响南亚气候的机制存在很多不同的观点: Zhang等[ 27 ]认为AMO 的暖(正)位相会引发赤道辐合带( I TCZ) 的北移，撒赫尔和印度上空的异常西南风，又会增加其夏季降水; G o s wam i 等[ 28 ] 认为暖(正) 位相的AMO 使得在欧亚产生一个类似夏季NAO 型的南北偶极子型异常大气环流，使得欧亚对流层变暖，加强了南亚次大陆和印度洋的热量差异，最终导
致更强的夏季风。L u等[ 25 ] 的模式结果部分支持G o s wam i 等[ 28 ]的观点; Feng 等[ 29 ] 认为暖(正) 位相AMO 加热了青藏高原, 加强了青藏高原和热带印度洋低中纬的对流层的热力温度梯度, 因此增强了印度夏季风; L u等[ 25 ]和L i等[ 30 ] 分别通过海气耦合模式和大气环流模式进行集合试验发现, AMO 确实引起更多的印度夏季降水, 但没有NAO 型的大气环流响应，这一结果与Feng等[ 29 ] 是一致的。L i等[ 30 ]进一步研究认为, AMO 影响增强南亚夏季风主要是通过其热带外部分，而且是通过两种途径：一是增强季风低压，二是在中高纬度地区引起波列状响应，使得印度地区上升运动被动增强，从而加强了印度地区的对流层温度梯度，加大了热力差异，加强了西南季风。
图2是依文献[ 20 ]复制的, 它给出了1901 —2001年 4 个季节的AMO 指数与亚洲季风区表面温度的回归分布。由图2可以看到, A MO 的暖(正)位
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图 3 模式试验得到的表面气温对 AMO 暖位相期间北大西洋 SS TA 的响应 (引自文献 [ 20 ] ；由左至右分别对应冬 、春 、夏 、 秋季 ；由上到下分别是 3个模式 AM 2、NCEP A G C M 、NC AR CC M 3的结果 ; 绿实线包围区域表示通过 0. 05 显著性水平检 验 ；单位 : ℃)
F ig . 3 R e s pon se of si m u la ted su rface temp e ra t u re on SS TA of No rth A t lan tic du ring the wa r m p ha se of AMO ( fr om refe r ence [ 20 ] ; the p ane ls fro m left t o rig h t co rre s pond to DJ F, MAM , JJA and S ON , and tho se from u pp e r to l o we r stand fo r the AM 2, the NC EP A
G C M , and the NC AR C C M 3, re s p e c t ive l y; the green con t ou r s ind i ca t e sig n i f ican t a t 95 % leve l ; un i ts: ℃)
相会使得东亚大部分地区变暖 ，并且这一关系不仅 冬季存在 ，而且一年四季都存在 ；夏秋季南亚中部地 区出现降温 ，冬 、春季南亚北部增暖 。这些现象得到 了大气环流模式的验证 。图 3 是依文献 [ 20 ]复制 的 ，显示了 3个大气环流模式模拟的亚洲季风区表 面温度对 AMO 暖位相期间大西洋海温异
常 ( SST A ) 的响应 。这里 , SST A 是 AMO 暖位相与冷位相的海 温异常的差值 , 代表着加倍 增强 了 的 AMO 暖位 相 的情况 。可以看到 , 3个模式的结果基本是一致的 , AMO 的暖 (正 )位相都对应了欧亚大陆大部分地区 的增暖 ，同时在 NCEP 模式结果中发现南亚地区夏 秋季中部地区变冷 。对比图 2 和图 3 , 模式结果和 观测分析存在很大相似性 ，东亚地区尤其是我国在 四季均出现增暖现象 。对比观测 , NCEP 模 式也 模 拟出南亚夏秋季的北暖南冷型分布 。
篮球赛闭幕词2. 2 对于其他地区气候的影响
均处于中纬度地区的北美和北欧拥有对 AMO
相似的响应 [ 5 , 16 218 ]
。AMO 对于北美气候的影响可以
从降水和河流流量的改变上看到 。最显著变化出现 在夏季 , AMO 的暖 (正 ) 位相 , 美国大陆少雨 (最多
减少 20 % , 即 011 ～013 mm / d ) , 气 温 升 高 0125 ～ 0175 ℃，河流流量也相应减少 。而其对欧洲的影响
相对比较弱 , 夏 季欧 洲 西 部 降 水 增 多 (增 加 5 % ～
15 % ，即 011 ～013 mm / d ) ，表面气温在四季都存在
正异常 。Su t t on 等
[ 16 217 ]
利 用 大 气 环 流 模 式 进 行 模
拟 ，结果表明 ，在 AMO 的正位相期间 ，夏季 ( J JA )对
应着两个低压异常中心 ，一个位于北美南部 ，另一个 位于欧洲西部 ，这两个低压异常中心的存在与美国 夏季降水减少有着密切的联系 ; 在冬季 (DJF ) 低压 中心转移到海洋上 ，一个中心位于北大西洋 ，另一个 从格陵兰海跨越白令海峡一直延伸到欧洲北部 ，这 里的气压异常影响了美国大陆的冬季增温 ，而欧洲 大陆的温度正异常可能与暖的北大西洋 SST 有关 。
巴西东 北 地 区 的 降 雨 有 着 显 著 的 季 节 性 , 冬
(DJ F ) 、春季 (MAM ) 是雨季 ，全年降水约 60 %都发
生在春季 ，夏季降水很少 ，呈干旱状态 。由于该地区
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