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热带外环流变化如北极涛动(AO)，及高纬的北极海冰对东亚气候的影响受到越来越多的关注。本论文利用NOAA二十世纪再分析资料、ERA二十世纪再分析资料、NCEP/NCAR再分析资料、ERA-Interim资料、Hadley海冰资料及CESM-Large Ensemble模式资料，探讨了北极涛动与东亚冬季急流之间的不稳定联系、北极涛动与东亚冬季气温联系的年代际变化及北极海冰在东亚夏季降水中的作用，并探究了其中可能的物理机制。论文的主要研究内容和结论如下:
(1)北极涛动与东亚冬季急流之间存在不稳定联系及其可能机制。AO与东亚冬季急流之间的联系在1925-1945年和1985-2005年相关显著，而在1900-1920年和1955-1975年相关不显著。AO与东亚冬季急流之间的不稳定关系可能与AO结构的年代际变化有关。在1925-1945年和1985-2005年期间，与AO相联系的北半球海平面气压场呈现一种南北反相的振荡变化，并且这种振荡具有正压结构;而在1900-1920年和1955-1975年期间，AO位于北太平洋的异常中心变得不显著。进一步分析表明，AO与北太平洋上空的大气波动之间的不稳定联系可能归因于对流层-平流层的耦合和海气相互作用的变化。在1925-1945年和1985-2005年期间，异常的AO伴有明显的行星波下传，有利于加强北极与副热带大气之间的联系。相反地，1900-1920年和1955-1975年期间并没有显著的行星波下传，高、低纬之间的联系偏弱。从外强迫的角度看，AO与东亚冬季急流联系的年代际变化可能是由太平洋年代际变率的冷暖相位发生转变引起的:太平洋年代际变率的冷和暖位相分别对应于AO与东亚冬季急流之间的不显著和显著相关，太平洋年代际变率暖位相时期的阿留申低压比冷位相时期深厚。在1925-1945年和1985-2005年期间，太平洋年代际变率暖位相会引发偏强的阿留申低压及高层辐散异常，强辐散产生的涡旋平流将有利于产生强的Rossby波源，东传的Rossby波建立起太平洋与大西洋之间的联系。相比之下，在1900-1920年和1955-1975年期间，太平洋年代际变率主要是冷位相，伴有少变的阿留申低压及偏弱的Rossby波活动，太平洋与大西洋之间的联系减弱。数值试验结果能够再现太平洋海温年代际变率对AO与东亚冬季急流之间联系的调制过程。
(2)北极涛动与东亚冬季气温联系的年代际变化。在1928-1948年和1975-1995年期间，两者表现出显著的正相关关系;1905-1925年和1950-1970年期间二者没有统计上的显著关系。进一步分析表明，1928-1948年和1975-1995年期间，AO在亚速尔中心的海平面气压正异常在地中海-东北大西洋地区上层激发出显著的辐合环流异常，因此产生有效的Rossby波源，继而引发自北大西洋向东传播至东亚地区的Rossby波列，进而与东亚气候产生联系。而在1905-1925年和1950-1970年期间，AO的亚速尔高压中心偏弱，有效的Rossby波源偏弱并局限在地中海地区，因此AO与东亚气温的联系减弱。此外，根据AO与东亚冬季气温的关系在过去百年的显著年代际转变，可以计算出1995年后的二十年两者相关关系变得不显著。
(3)秋季北极海冰对东亚夏季气候的可能影响。在1997-2016年期间，秋季喀拉海-拉普捷夫海海冰偏少时，次年夏季东亚地区降水正异常主要出现在中国东北地区，降水负异常出现在日本以南地区;但是在1980-1996年期间，北极海冰与东亚地区的环流联系较弱。1997-2016年期间秋季北极海冰与东亚夏季降水之间联系的可能机制如下:偏少的秋季海冰与同期中纬度大气环流联系密切，海平面气压在西伯利亚中部出现正异常、在中国东北部出现负异常;对应“西伯利亚中部降水偏少、东北地区降水偏多”的分布型。异常的降水分布会影响同期积雪深度和土壤湿度的异常分布，陆面异常特征因其较大的热惯性在同年冬季和次年春季仅发生较弱的变化，因此具有较好的“记忆”特征:秋季海冰偏少时，位于中西伯利亚地区偏干的土壤从秋季持续到春季;土壤湿度异常将通过“土壤湿度-大气”反馈影响大气环流变化，即中西伯利亚地区土壤偏干时，出现经向的波列可将高纬异常信号传至东亚地区。此外，积雪融化过程通过改变热量和水汽通量影响大气环流变化，进而影响东亚夏季降水异常分布。
(1)北极涛动与东亚冬季急流之间存在不稳定联系及其可能机制。AO与东亚冬季急流之间的联系在1925-1945年和1985-2005年相关显著，而在1900-1920年和1955-1975年相关不显著。AO与东亚冬季急流之间的不稳定关系可能与AO结构的年代际变化有关。在1925-1945年和1985-2005年期间，与AO相联系的北半球海平面气压场呈现一种南北反相的振荡变化，并且这种振荡具有正压结构;而在1900-1920年和1955-1975年期间，AO位于北太平洋的异常中心变得不显著。进一步分析表明，AO与北太平洋上空的大气波动之间的不稳定联系可能归因于对流层-平流层的耦合和海气相互作用的变化。在1925-1945年和1985-2005年期间，异常的AO伴有明显的行星波下传，有利于加强北极与副热带大气之间的联系。相反地，1900-1920年和1955-1975年期间并没有显著的行星波下传，高、低纬之间的联系偏弱。从外强迫的角度看，AO与东亚冬季急流联系的年代际变化可能是由太平洋年代际变率的冷暖相位发生转变引起的:太平洋年代际变率的冷和暖位相分别对应于AO与东亚冬季急流之间的不显著和显著相关，太平洋年代际变率暖位相时期的阿留申低压比冷位相时期深厚。在1925-1945年和1985-2005年期间，太平洋年代际变率暖位相会引发偏强的阿留申低压及高层辐散异常，强辐散产生的涡旋平流将有利于产生强的Rossby波源，东传的Rossby波建立起太平洋与大西洋之间的联系。相比之下，在1900-1920年和1955-1975年期间，太平洋年代际变率主要是冷位相，伴有少变的阿留申低压及偏弱的Rossby波活动，太平洋与大西洋之间的联系减弱。数值试验结果能够再现太平洋海温年代际变率对AO与东亚冬季急流之间联系的调制过程。
(2)北极涛动与东亚冬季气温联系的年代际变化。在1928-1948年和1975-1995年期间，两者表现出显著的正相关关系;1905-1925年和1950-1970年期间二者没有统计上的显著关系。进一步分析表明，1928-1948年和1975-1995年期间，AO在亚速尔中心的海平面气压正异常在地中海-东北大西洋地区上层激发出显著的辐合环流异常，因此产生有效的Rossby波源，继而引发自北大西洋向东传播至东亚地区的Rossby波列，进而与东亚气候产生联系。而在1905-1925年和1950-1970年期间，AO的亚速尔高压中心偏弱，有效的Rossby波源偏弱并局限在地中海地区，因此AO与东亚气温的联系减弱。此外，根据AO与东亚冬季气温的关系在过去百年的显著年代际转变，可以计算出1995年后的二十年两者相关关系变得不显著。
(3)秋季北极海冰对东亚夏季气候的可能影响。在1997-2016年期间，秋季喀拉海-拉普捷夫海海冰偏少时，次年夏季东亚地区降水正异常主要出现在中国东北地区，降水负异常出现在日本以南地区;但是在1980-1996年期间，北极海冰与东亚地区的环流联系较弱。1997-2016年期间秋季北极海冰与东亚夏季降水之间联系的可能机制如下:偏少的秋季海冰与同期中纬度大气环流联系密切，海平面气压在西伯利亚中部出现正异常、在中国东北部出现负异常;对应“西伯利亚中部降水偏少、东北地区降水偏多”的分布型。异常的降水分布会影响同期积雪深度和土壤湿度的异常分布，陆面异常特征因其较大的热惯性在同年冬季和次年春季仅发生较弱的变化，因此具有较好的“记忆”特征:秋季海冰偏少时，位于中西伯利亚地区偏干的土壤从秋季持续到春季;土壤湿度异常将通过“土壤湿度-大气”反馈影响大气环流变化，即中西伯利亚地区土壤偏干时，出现经向的波列可将高纬异常信号传至东亚地区。此外，积雪融化过程通过改变热量和水汽通量影响大气环流变化，进而影响东亚夏季降水异常分布。