我国夏季旱涝和季风降水雨带的时空分布与东亚夏季风(EASM)活动密切相关^[1].因此，EASM 年际变率的准确预测是我国夏季短期气候预测的首要任务之一，对其主要影响因子和有用预测信号的研究也是经久不衰的热点问题.由于东亚季风区所处的地理位置特殊，东､南､西和北分别与太平洋､印度洋､青藏高原和中高纬欧亚大陆相邻，这使得EASM 的前期影响因子众多，如ENSO(ElNi-o/La Ni-a-Southern Oscillation)､西太平洋对流状况和印度洋海温，以及欧亚大陆和青藏高原积雪等.这些影响因子与EASM 之间的关系及其影响机制均得到了广泛深入的研究^[2].

EASM 降水主要是低纬度海洋暖湿气流与中高纬度相对冷干气流相互作用的结果.因此，EASM年际变化不但与低纬度异常信号相关，而且与中高纬度异常信号密切联系.例如，已有研究显示北极涛动/北大西洋涛动(AO/NAO)对东亚夏季降水的年际变化^[3-9]､我国南方春夏季气温和降水等^[10-13]有显著影响.Ogi等^[14]指出冬季NAO 对后期包括东亚地区在内的广大北半球中高纬夏季气候存在显著的影响.其中，海冰､海温(SST)和积雪等下垫面持续性异常为冬季NAO 影响夏季气候提供了可能途径.近来，Wu 等^[15]分析了1970s 末期以来春季 (4~5月)NAO 与EASM 年际变化之间的关系，指出前者所激发的北大西洋海温异常(SSTA)三极子模态是联系春季NAO 与EASM 的重要桥梁.

然而，大量研究已经显示，随着1970s全球大气环流的显著改变，某些预报因子和预报量之间的关系也在该时期发生了显著变化.例如，1970s末以来冬季NAO 正位相的极端异常可能是导致印度夏季风-ENSO 年际相关关系减弱的重要原因^[16].那么，一个很自然的问题是，当前观测到的NAO 对 EASM 的影响关系是否也在1970s前后发生显著年代际变化呢?为此，本文将重点分析20世纪中期以来NAO 与EASM 之间年际相关关系的年代际变化特征及其可能机制.

本文所用的再分析格点资料主要包括:(1)1948~2009 年NCEP/NCAR (National Centers forEnvironmental Prediction/National Center for AtmosphericResearch)提供的逐月海平面气压(SLP)､感热､潜热和10 m 水平风场^[17]，其中，SLP的水平分辨率为2.5°×2.5°，其他变量在纬向和经向方向上分别为均匀和高斯格点(总格点数为192×94);(2)1948~2009 年NOAA(NationalOceanic and Atmospheric Administration)提供的逐月海表面温度(ERSST.v3)^[18]，水平分辨率为2°×2°.

NAO 和EASM 的年际变率均可分别利用相应的指数来定量描述.其中，NAO 指数(下称NAOI)定义为北大西洋区域(80°W~30°E)35°N 与65°N纬向平均月标准化SLP 之差^[19].另外，EASM 指数 (下称EASMI)定义为东亚热带季风槽区(5°N~15°N，90°E~130°E)与东亚副热带地区(22.5°N~32.5°N，110°E~140°E)850hPa平均纬向风之差^[20].EASM的强弱变化与我国长江流域的旱涝情况密切相关，而且我国气象学者传统上认为在强季风年(EASMI为高指数)长江流域往往偏旱;反之亦然.不过， Wang等^[21]建议强季风年应该对应着长江流域偏涝.为此，本文中的EASMI取为文献^[20]所定义的东亚夏季风指数的相反数.此外，本文所用的 EASMI均为夏季(6~8月)的平均值.

为了描述方便，在这里我们对北大西洋SSTA三极子模态^[22-23]的正､负位相做如下定义:北大西洋中纬度SSTA 为正值，而高纬度和低纬度SSTA 为负值，这种分布型称为三极子模态的正位相(下称正三极子);反之，北大西洋中纬度SSTA 为负值，而高纬度和低纬度SSTA 为正值，这种分布型称为三极子模态的负位相(下称负三极子)，即NAO 的正和负位相分别对应着北大西洋SSTA 三极子模态的正和负位相.

本文首先分析了1948~2009 年期间EASMI与逐月NAOI在年际尺度上的线性相关，结果表明两者在春季(4~5 月，下同)最为显著，与Wu等^[15]的结果一致.但是，进一步分析春季NAOI 与 EASMI之间的21 年滑动相关的年代际演变特征(见图 1)后发现，两者之间的年际相关关系在1970s发生了明显的转变.其中，在1970s之前春季NAOI与EASMI之间存在相对较弱的正相关(未通过95%信度的t检验)，而在1970s之后却转变为明显增强的负相关，特别是在1980s中期以来这种负相关可以通过95%信度的t检验.

图 1

Fig. 1

图 1 东亚夏季风指数(EASMI)､NAO指数(NAOI)和 海温三极子指数(TI)之间的21年滑动相关 实线:春季(4～5月)NAOI与夏季(6～8月)EASMI;虚点线:春 季NAOI与同期TI;点线:夏季EASMI与同期TI.长虚线表示 95%的显著性水平. Fig. 1 Sliding correlations among the East Asian summer monsoon index (EASMI)，the NAO index (NAOI) and the sea surface temperature anomaly tripole index with a 21-year moving window for the period of 1948～2009 Solid line indicates correlation between the spring (April -May) NAOI and the summer (June - August) EASMI，dashed-dotted betweenthe spring NAOI and TI，and dotted between the summer EASMI and TI. Long dashed line shows the 95% significance level.

为了进一步检验春季NAO 与EASM 之间的年际相关关系在1970s 的转变，图 2 分别给出了1948~1978 年和1979~2009 年这两个不同时段EASMI与前期春季北大西洋SLP 距平(SLPA)的回归分布图.可以看到，在1948~1978 年期间(图 2a)，当EASMI偏高(低)时，副热带西大西洋和中纬度西欧地区SLP 明显偏高(低)，而中高纬北大西洋及其邻近的北美大陆地区SLP 明显偏低(高).在1979~2009 年期间(图 2b)，当EASMI偏高(低)时，副热带北大西洋地区SLP明显偏低(高)，而冰岛及其邻近地区SLP 明显偏高(低)，这种分布与NAO 负(正)位相在SLP 场上的分布非常相似.对比图 2a和2b可以发现，虽然在1948~1978年期间SLPA 在北大西洋区域的分布也呈现为一个经向偶极子结构，但是，该偶极子的位相与1979~2009 年期间的北大西洋经向偶极子的位相恰好是相反的;而且，前一偶极子的空间范围偏小､位置偏西，主要位于西大西洋及其邻近的北美大陆地区.由此可见，春季NAO 与EASM 之间的年际相关关系在1970s确实发生了明显转变.

图 2

Fig. 2

图 2 (a)1948～1978年和(b)1979～2009年期间东亚夏季风指数与前期春季(4～5月) 北大西洋海平面气压距平(SLPA)的回归分布图 等值线间隔为10，零线未显示，单位为Pa.虚线表示负值，阴影表示通过95%信度t检验的区域. Fig. 2 Regressions of the spring sea level pressure anomalies (SLPA) over the North Atlantic Ocean onto the EastAsian summermonsoon index during the period of (a) 1948～1978 and (b) 1979～2009 The contour interval is 10 and zero omitted and unit Pa. Dashed line indicates negative values and shading significance at the 95% level.

前人的研究表明^[15]，春季NAO 异常不能直接影响后期EASM 的年际变化，而是依赖于前者所激发的北大西洋SSTA 三极子模态由春季到夏季的记忆性.本文前述结果已显示春季NAO 与EASM之间的年际相关关系在1970s发生了由正相关到负相关的明显转变，那么这种转变是否与北大西洋SSTA 三极子模态相关?为了回答此问题，我们有必要首先检验该模态在连接春季NAO 和EASM中所发挥的“桥梁作用"是否也在1970s前后发生了显著年代际变化.

图 3a显示了1948~1978年期间春季NAOI与同期春季北大西洋SSTA 之间的相关分布图.可以看到，春季NAOI与同期春季北大西洋SSTA 之间几乎不存在明显的线性相关.在同一时段EASMI与同期夏季北大西洋SSTA 之间的相关分布图上(图 3d)，除了北大西洋高纬度部分地区存在显著的线性相关外，其他区域的线性相关均不明显.由此可见，在1948~1978 年期间，春季NAO 与北大西洋SSTA 三极子模态，以及后者与EASM 之间均无明显的年际相关关系.

图 3

Fig. 3

图 3 (a - d)1948～1978年和(e - h)1979～2009年期间北大西洋海温距平(SSTA)分别与NAO和东亚夏季风(EASM)指数之间的相关分布图(a，e)春季(4～5月)NAO与同期春季SSTA;b，D春季NAO与后期夏季(～8月)SSTA;c，g)EASM与前期春季SSTA;(d，h) EASM与同期夏季SSTA.阴影表示通过95%信度t检验的区域，灰白色表示陆地. Fig. 3 Correlations of the sea surface temperature anomaly (SSTA) over the North Atlantic Ocean with the NAO and the East Asian summer monsoon (EASM) indices，respectively，for the period of (a -d) 1948～1978 and (e-h) 1979～2009 (a，e) Spring (April-May) NAO and simultaneous spring SSTA; (b，f) Spring NAO and ensuring summer SSTA ; (c» g) EASM and previous spring SSTA; (d，h) EASM and simultaneous summer SSTA. Shading rndicates significance at the 95% level while land s shaded light grey.

然而，在1979~2009年期间，春季NAOI与同期春季､后期夏季北大西洋大部分区域的SSTA 之间均存在显著的线性相关(图 3e，3f)，而且它们的相关分布呈现为一种正三极子结构.同时，EASMI与前期春季､同期夏季北大西洋SSTA 之间也存在显著的线性相关，只是它们的相关分布呈现为一种负三极子结构(图 3g，3h).由此可见，在1979~2009年期间，北大西洋SSTA 三极子模态与春季NAO以及EASM 之间均存在密切联系.

为了能更清晰地了解SSTA 三极子模态与春季NAO 和EASM 之间年际相关的年代际演变特征，根据图 3h 中的三极子模态，我们定义了一个SSTA 三极子指数(TI)，即为中纬度负相关区的平均SSTA 与高纬度和低纬度正相关区的平均SSTA之差.然后，计算了1948~2009 年期间春季NAOI与同期春季TI之间的21 年滑动相关(见图 1).可以看到，春季NAOI与TI之间的年际相关存在明显的年代际变化特征，而且这种变化特征与春季NAOI-EASMI年际相关的年代际变化特征非常相似，只是两者的符号恰好相反.另外，分析夏季EASMI-TI年际相关的年代际演变特征(见图 1)后发现，虽然在整个时段两者之间存在着一致的负相关，但是随着1970s末以来春季NAOI-TI年际相关关系的增强，夏季EASMI-TI年际相关关系也得到了明显的增强.这些结果表明，北大西洋SSTA 三极子模态在连接春季NAO 和EASM 中可能始终发挥着重要作用;后两者的年际相关关系在1970s的转变，可能与春季NAO-SSTA 三极子模态年际相关关系在1970s的转变直接相关.

本文前述结果已经显示，春季NAO 与北大西洋SSTA 三极子模态之间的年际相关关系在1970s发生了明显转变，并且这种转变可能是导致春季NAO 与EASM 之间的年际相关关系也在1970s发生明显转变的直接原因.那么，又是什么原因导致了前一转变的发生? 该转变是否意味着春季NAO-SSTA 三极子耦合模的年际变化也是不稳定的呢?为了回答上述问题，我们首先需要进一步考察春季NAO-SSTA 三极子耦合模的稳定性，然后分析春季NAO 对同期春季SSTA 三极子模态的影响作用.

与NAO 关联的北大西洋海-气耦合模，不但可以反映在SST 距平(即SSTA)场上，而且还可以反映在SSTA 倾向场上^[22].为此，我们计算了北大西洋春季SSTA 的倾向，即$\frac{\partial \text{SSTA}}{\partial t}$.为了方便计算，令$\frac{\partial \text{SSTA}}{\partial t}\approx \frac{\Delta \text{SSTA}}{\Delta t}$ ，其中，ΔSSTA 为春季平均SSTA 与前期冬季(12~3 月，下同)平均SSTA 之差.减去冬季平均SSTA，是为了消除冬季NAO 异常所激发的海温异常信号对春季SSTA 的影响.由于Δ狋为常数，在下面的分析中我们将利用春季ΔSSTA 来描述同期春季SSTA 倾向的年际变率.

图 4a和4b分别显示了根据1948~1978 年期间春季NAO 正和负位相年进行合成得到的北大西洋ΔSSTA 的分布图，其中合成年份详见表 1.可以看到，对应于春季NAO 正位相，同期春季北大西洋合成ΔSSTA 的分布与正三极子的空间分布相似(图 4a);反之，对应于春季NAO 负位相，同期春季北大西洋合成ΔSSTA 的分布则与负三极子的空间分布相似(图 4b).此外，在春季NAO 正与负位相的合成差值图(图 4c)上可以更清楚地看到，北大西洋ΔSSTA 的分布呈现为一种显著的正三极子结构.

表 1(Table 1)

表 1 根据1948～1978年和1979～2009年期间春季(4～5 月)高/低NAO指数(NAOl)划分得到的典型异常年.其中，若NAOl≥0.7则为高指数(即正位相)年，若NAOK≤- 0.7则 为低指数(即负位相)年，其他年份则为正常年 Table 1 Distribution of the years in the high (positive phase)/ low (negative phase) NAO indices (NAOI) for the period of 1948～1978 and 1979 ～2009，respectively. If NAOI≥0. 7，positive phase; NAOI≤- 0.7，negative phase; and others，neutral phase

表 1 根据1948～1978年和1979～2009年期间春季(4～5 月)高/低NAO指数(NAOl)划分得到的典型异常年.其中，若NAOl≥0.7则为高指数(即正位相)年，若NAOK≤- 0.7则 为低指数(即负位相)年，其他年份则为正常年 Table 1 Distribution of the years in the high (positive phase)/ low (negative phase) NAO indices (NAOI) for the period of 1948～1978 and 1979 ～2009，respectively. If NAOI≥0. 7，positive phase; NAOI≤- 0.7，negative phase; and others，neutral phase

图 4

Fig. 4

图 4 根据春季(～5月)高(H)和低(L)NAO指数进行合成得到的同期春季海温倾向(ASSTA)及其差值(H-L)的分布图 (一 c)1948～1978年;(d-D1979～2009年.单位为K.阴影表示通过95%信度t检验的区域，灰白色表示陆地. Fig. 4 Composites of the spring sea surface temperature tendencies (ASSTA) according to the higher (H) and lower(L) spring NAO indices and their difference (H-L) during the period of (a-c) 1948～1978 and (d - f) 1979～2009 The unit is K. Shading indicates significance at the 95% level while land is shaded light grey.

在1979~2009 年期间，对应于春季NAO 正(负)位相，北大西洋合成ΔSSTA 的空间分布也呈现为一种显著的正(负)三极子结构(图 4d，4e).对比1948~1978年和1979~2009年这两个不同时段ΔSSTA 的合成差值图(图 4c，4f)可以发现，两者不但具有相似的正三极子结构，而且它们的数量级也近似相当.由此可见，不管是在1948~1978 年还是1979~2009年期间，春季NAO 异常往往伴随着北大西洋SSTA 倾向三极子模态的出现，表明了在年际尺度上春季NAO 与SSTA 三极子模态是密切耦合的，即春季NAO-SSTA 三极子耦合模具有较好的稳定性.

前人的研究结果表明，在北大西洋年际尺度的海-气耦合系统中NAO 对局地SST 的强迫起主导作用，其中，与近表面风场密切相关的湍流热交换在联系NAO 与局地SST 中起重要作用^{[22， 24-28]}.为此，我们又分析了1948~1978年和1979~2009年期间春季NAOI与北大西洋区域近表面10m 水平风场和湍流热通量(感热与潜热通量之和)的回归分布图(见图 5).对比图 5a和5b可以看到，北大西洋中纬度地区对流层低层都主要为异常反气旋控制;同时，湍流热通量异常均呈现为一种类似于正三极子的分布型.结合图 5和4的结果表明，在1970s之前和之后与春季NAO 关联的热带外北大西洋近表面水平风场异常､湍流热通量异常和ΔSSTA 之间的变化关系均与前人的研究结果^[26-27]一致，即热带外北大西洋东/西风的增强(减弱)往往伴随着湍流热交换的增强(减弱)，进而引起局地SST 的降低(升高).因此，这些结果进一步验证了春季NAO-SSTA三极子耦合模的稳定性，说明在1970s之前和之后春季NAO 对北大西洋SST 的影响作用没有发生明显变化.

图 5

Fig. 5

图 5 (a)1948～1978年和(b)1979～2009年期间春季近表面10 m水平风场(矢量;单位:m • s-9和湍流热通量(等值线;单位:W* m-2)距平与NAO指数的回归分布图 等值线间隔为4，虚线表示负值，零线未显示.阴影表示热通量距平通过95%信度t检验的区域.正的热通量距平表示热量由海洋进人大气;反之，热量由大气进人海洋. Fig. 5 Regressions of the spring horizontal surface wind at 10 m (vector; unit: m • s-1 ) and turbulent heat ffux (contour; unit: W • m-2) anomalies over the North Atlantic Ocean onto the spring NAO index during the period of (a) 1948～1978 and (b) 1979～2009 The contour interval is 4 and zero omiUed. Dashed line indicates negative values，zero omited and shading significance at the 95% level for heat flux anomalies. Positive (negative) heat flux anomaly rndicates heat flux out of (into) the ocean.

根据SSTA 与其倾向的关系可知，当SSTA 倾向为正值时，则SST 存在升高的趋势;反之亦然.为了进一步分析SSTA 倾向与SSTA 的关系，图 6显示了根据1948~1978年和1979~2009年期间春季NAO 正和负位相进行合成得到的同期春季北大西洋SSTA 的分布图，其中合成年份同图 4(详见表 1).

图 6

Fig. 6

图 6 同图 4，但为同期春季海表温度距平(SSTA) Fig. 6 The same as Fig. 4，but for the simultaneous spring sea surface temperature anomalies (SSTA)

对比图 6a-6c和4a-4c可以发现，在1948~1978年期间，当春季NAO 处于正位相时，同期春季北大西洋SSTA 与ΔSSTA 的空间分布基本相似，但两者的位相却是相反的，即前者与负三极子相似，而后者与正三极子相似;当春季NAO 处于负位相时，同期春季北大西洋SSTA 与ΔSSTA 之间存在相似的负三极子结构.因此，在此时段，对应于春季NAO 正/负位相北大西洋SSTA 与SSTA 倾向的空间分布之间是明显非对称的.

对比图 6d，6e 和4d，4e 可以发现，在1979~2009年期间，当春季NAO 处于正(负)位相时，春季北大西洋SSTA 与ΔSSTA 之间存在相似的正(负)三极子结构.在春季NAO 正与负位相的合成差值图上，北大西洋SSTA(图 6f)与ΔSSTA(图 4f)的三极子结构更为显著，两者之间不但位相相同，而且数量级也近似相当.

与NAO 关联的SSTA 倾向实际上反映了前者对下垫面SST 的强迫效应.因此，综合本节上述结果表明，在1970s之前，除了春季NAO 之外，可能还有其他影响因子对春季北大西洋SSTA 三极子模态的年际变化存在重要影响作用;而在1970s之后，春季北大西洋SSTA 三极子模态的年际变化主要受同期春季NAO 的控制.

本文4.2节的结果显示，春季NAO 与北大西洋SSTA 三极子模态的年际相关关系在1970s的转变，可能与前者对后者年际变率的相对贡献的不稳定性有关.我们知道，SSTA 三极子模态与NAO 异常密切相关，而NAO 在冬季最为显著.那么，春季SSTA 三极子模态是否还会受到冬季NAO 异常的影响?下面我们将对此问题进行深入分析.

图 7a，7b分别显示了根据1948~1978 年期间春季NAO 正和负位相进行合成得到的前期冬季北大西洋SSTA 的分布图，其中合成年份详见表 1.可以看到，当春季NAO 处于正位相时，前期冬季北大西洋中高纬地区SSTA 的分布呈现为一种显著的负三极子结构(图 7a).当春季NAO 处于负位相时，前期冬季整个北大西洋区域的SSTA 几乎均无明显变化(图 7b).因此，对应于春季NAO 正/负位相，前期冬季北大西洋SSTA 的年际变化是非对称的.对比图 4a､6a和7a可以发现，对应于春季NAO 正位相，北大西洋春季与前期冬季SSTA 场上的三极子结构的位相是相同的，但是前者与同期春季SSTA 倾向场上的三极子结构的位相却是相反的.而且，前期冬季SSTA 与春季SSTA 倾向的数量级近乎相当.若前期冬季这种具有负位相结构的 SSTA 三极子模态能够持续至春季，那么它就可能会削弱甚至抵消了与其反相的春季NAO 正位相所激发的具有正位相结构的SSTA 三极子模态.

图 7

Fig. 7

图 7 (a，b)同图 4a，4b，(c，d)同图 4d，4e，但为前期冬季(12~3月)海表温度距平(SSTA) Fig. 7 (a，b) the same as Figs. 4a，4b and (c，d) the same as Figs. 4d，4e，but for the sea surface temperature anomalies in the previous winter (December to March)

根据北大西洋年际尺度海-气相互作用的基本事实，上述冬季SSTA 三极子模态(见图 7)的出现可能与NAO 异常密切相关.为此，我们对1948~1978年期间春季与前期冬季NAO 的位相组合进行了统计分析.结果显示，当春季NAO 处于正位相时，前期冬季NAO 为负位相的比例高达2/3(表 2)，即两者为反位相配置的概率最大.实际上，众多研究已经指出，近几十年来冬季NAO 存在着显著的年代际变化特征(图 8a)，其中在1970s之前(后)其负(正)位相的发生频次偏多^[29].然而，与冬季NAO 不同，春季NAO 的年代际变化特征却不明显(图 8b)，这就导致了两者位相组合的明显年代际变化.而且，当春季NAO 处于正位相时，前期冬季NAO 的平均振幅高达-1.42;当春季NAO 处于负位相时，前期冬季NAO 的平均振幅只有-0.38(表 3).因此，对应于1948~1978 年期间春季NAO 的正/负位相，前期冬季NAO 振幅的年际变化也是非对称的，并且这种非对称性与前期冬季北大西洋SSTA 的非对称性是一致的.上述结果同时表明，前期冬季SSTA 三极子模态负位相的出现可能与同期振幅偏强的NAO 负位相密切相关.另外，在1979~2009年期间，当春季NAO 处于负位相时，前期冬季NAO 为正位相的比例占4/7(表 2)，即两者为反位相配置的概率略为偏大.但是，在此时段前期冬季北大西洋区域的合成SSTA 却没有显著变化(图 7d)，这可能与前期冬季NAO 的平均振幅(0.69，见表 3)相对偏弱有关.因此，前期冬季NAO-SSTA 三极子耦合模对春季北大西洋SSTA 三极子模态可能存在重要影响，但是这种影响具有明显的年代际变化特征，同时还具有显著的非对称性.

表 2(Table 2)

表 2 1948～1978年和1979～2009年期间春季(4～5月)与前期冬季(12～3月)NAO不同位相组合的样本数统计.正､负位相的划分标准同表 1 Table 2 Numbers of the samples for different phase coupling of the spring (April -May) andpre-winter (December-March) NAO for the period of 1948～1978 and 1979～2009，respectively. Definitions ofthe positive and negative phases are the same as those in Table 1

表 2 1948～1978年和1979～2009年期间春季(4～5月)与前期冬季(12～3月)NAO不同位相组合的样本数统计.正､负位相的划分标准同表 1 Table 2 Numbers of the samples for different phase coupling of the spring (April -May) andpre-winter (December-March) NAO for the period of 1948～1978 and 1979～2009，respectively. Definitions ofthe positive and negative phases are the same as those in Table 1

图 8

Fig. 8

图 8 1948～2009年期间标准化NAO指数的时间序列 (a)冬季(12～3月);(b)春季(4～5月).实线表示9年滑动平均. Fig. 8 Time series of the normalized NAO indices in the (a) winter (December-March) and (b) spring (April-May) for the period of 1948～2009 Solid line indicates the 9-year running mean.

表 3(Table 3)

表 3 对应于1948～1978年和1979～2009年期间春季 (4～5月)NAO的不同位相，春季和前期冬季(12～3月)NAO指数的平均值 Table 3 Mean values of the spring (Aprii - May) and pre-winter (December-March) NAO indices corresponding to different phases of the spring NAO for the period of 1948 ～ 1978 and 1979～2009，respectively

表 3 对应于1948～1978年和1979～2009年期间春季 (4～5月)NAO的不同位相，春季和前期冬季(12～3月)NAO指数的平均值 Table 3 Mean values of the spring (Aprii - May) and pre-winter (December-March) NAO indices corresponding to different phases of the spring NAO for the period of 1948 ～ 1978 and 1979～2009，respectively

为了消除不同定义的NAO 指数和不同来源的SST 数据集对本文分析结果的影响，我们利用美国CPC(ClimatePredictionCenter)提供的NAO 指数和英国Hadley中心提供的SST(HadISST)^[30]，重新计算了上述结果.CPC 的NAO 指数(记为NAO_CPC)是通过对北半球(20°N~90°N)逐月500hPa标准化高度距平进行旋转主成分分析而得到的^[31]，其时间序列最早始于1950 年1 月.图 9 给出了1950~1978 年和1979~2009 年期间春季NAO_CPC 与同期春季北大西洋SSTA 之间的线性相关，其中SSTA 来源于ERSST.v3，即与图 3 中SSTA的来源相同.对比图 9a和3a可以看到，两者的空间分布非常相似，其中副热带东大西洋均存在显著的负相关;对比图 9b和3e可以发现，两者的空间分布也非常相似，均呈现为一种类似于正三极子的分布型，这说明春季NAO 与北大西洋SSTA 的年际相关关系确实在1970s前后发生了明显的年代际变化，这种变化不依赖于NAO 指数的定义.此外，我们还利用相同的NAO 指数分别与不同来源的SST(即ERSST.v3和HadISST)进行相关分析，结果显示在北大西洋区域两者的相关分布也基本一致(图略)，即利用不同来源的SST 数据集都可以较好地揭示出春季NAO 与北大西洋SST 的年际相关关系在1970s前后的年代际变化.因此，本文所得结论对资料来源不存在明显的依赖性.

图 9

Fig. 9

图 9 (a)和(b)分别同图 3a和3e，但为CPC提供的NAO指数.由于该指数的 时间序列最早始于1950年1月，所以(a)中的时间段为1950～1978 Fig. 9 (a) and (b) the same as Fig. 3a and Fig. 3e，respectively，but for the NAO index obtained from CPC (NAO_CPC). SincetheNAO_CPCtimeseriesstartedinJan 1950，theperiodwas 1950～1978 in(a)

图 10总结了春季NAO 与EASM 之间的年际相关关系在1970s发生转变的可能机制.其中，春季NAO 与北大西洋SSTA 三极子模态的年际相关关系在1970s的转变可能是导致前者与EASM 的年际相关关系也在1970s发生转变的直接原因，而前一转变则与前期冬季NAO-SSTA 三极子耦合模密切相关.

图 10

Fig. 10

图 10 春季NAO与东亚夏季风年际相关关系在1970s发生转变的可能机制的简要概念图 SSTA表示海温距平，实型箭头表示作用方向. Fig. 10 Schematic diagram of the possible mechanisms for change of the relationship between spring NAO and East Asian summer monsoon in the 1970s SSTA represents the sea surface temperature anomaly. Solid arrow indicates the interaction direction.

本文利用1948~2009年期间NCEP/NCAR 提供的海平面气压(SLP)和NOAA 提供的海表面温度(SST)，研究了北大西洋涛动(NAO)与东亚夏季风(EASM)之间年际相关关系的年代际变化特征，以及它们与北大西洋海温异常(SSTA)的联系.分析结果表明，夏季(6~8月)EASM 与前期春季(4~5月)NAO 之间存在显著的年际相关关系，但这种关系具有明显的年代际变化特征，即在1970s发生了由正相关到负相关的转变.进一步的合成分析指出，春季NAO 与EASM 之间年际相关关系的转变，与春季和前期冬季(12~3 月)北大西洋海盆尺度的海-气耦合模，即NAO-SSTA 三极子耦合模的影响作用密切相关.春季NAO 异常对EASM 年际变化的影响主要依赖于前者所激发的SSTA 三极子模态由春季到夏季的记忆性^[15].然而，我们发现春季SSTA 三极子模态不但受到同期春季NAO 异常的直接控制，而且还会受到前期冬季NAO-SSTA三极子耦合模的增强或削弱作用.而后者的作用方向(增强或削弱)，取决于春季与前期冬季NAO 的位相配置及其振幅大小.由于20世纪中期以来冬季NAO 存在显著的年代际变化特征，但春季NAO 的年代际变化特征却不明显，从而导致了两者的位相配置也存在显著的年代际变化特征.其中，对应于春季NAO 正/负位相异常，在1970s 之前前期冬季NAO 多为负位相异常，而且后者的平均振幅往往偏强;在1970s之后前期冬季NAO 多为正位相异常，但后者的平均振幅较弱.因此，在1970s之前，前期冬季NAO-SSTA 三极子耦合模对春季SSTA 三极子模态存在显著的影响作用，但这种影响作用是非对称的，即前者主要对后者的正位相异常存在明显的削弱作用;在1970s之后，前者对后者则不存在明显的影响作用.前期冬季NAO-SSTA 三极子耦合模这种具有年代际变化且非对称性的影响作用与春季NAO 对称的影响作用相叠加，引起了春季NAO与同期SSTA 三极子模态之间年际相关关系的明显年代际变化，最终导致了春季NAO 与EASM 年际相关关系在1970s的转变.此外，我们分别利用不同来源的SST 数据集和不同定义的NAO 指数进行对比分析，其结果显示本文所得结论对资料来源不存在明显的依赖性.

Wu等^[15]将冬季和春季ENSO､春季NAO 作为影响因子，建立了一个EASM 季节预测经验模式.他们认为，就EASM 年际变率而言，该模式具有和14个国际一流气候模式集合预报结果相当的预报能力.然而，根据本文的研究结果可以推断，由于这个模式没有考虑冬季NAO-SSTA 三极子耦合模的影响作用，所以它的预报能力是不稳定的.由于冬季和春季NAO 异常对后期EASM 年际变化的影响依赖于下垫面的持续性异常，而冬季NAO 的年际变率明显大于春季的，因此，本文的结果表明冬季 NAO 异常所激发的北大西洋海温异常对该区域后期SST 的演变可能具有不可忽略的影响.所以，在利用春季NAO 作为影响因子来预测EASM 年际变率的过程中，我们不但需要考虑春季NAO 的年际变率，还要考虑春季与前期冬季NAO 的位相配置及其振幅大小.另外，春季欧亚大陆地表气温的年际变化与前期冬季NAO 异常密切相关，而且前者也能够从春季持续到夏季，进而对东亚夏季气候产生影响^[7].实际上，冬季和春季NAO 异常所激发的下垫面异常(包括北大西洋SSTA 和欧亚大陆地表气温异常)，均是通过影响与EASM 密切相关的中高纬度环流系统的年际变化，进而引起EASM 年际异常.而且，北大西洋SSTA 三极子模态对大气环流的显著影响已经得到了数值试验的验证^{[15， 32]}.为此，在未来的工作中，如何结合数值模式有效地利用冬季和春季NAO 异常信号来预报EASM 年际变率仍有待进一步研究.

感谢国家气候中心孙丞虎博士和顾薇博士对本文初稿提出的修改建议,感谢两位匿名评审专家提出的宝贵建议!