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海表温度变化的重要性在于其可以通过海气通量影响大气，同时也为气候变率提供潜在的可预报性来源。前人研究发现海温半球间偶极子(SSTinterhemispheric dipole，简称SSTID)是全球海温变率的重要模态，其反映了南北半球海温跷跷板式的反向变化。半球间热力对比的变化及气候效应是当今国际气候研究的前沿科学问题。SSTID的全球尺度结构决定了其气候影响的广泛性，因而有必要从全球尺度视角出发深入探讨SSTID的气候影响，这不仅有助于加深对气候变异机理的认识，同时也能为气候预测提供理论指导。
本文首先详细分析了SSTID模态的时空特征。然后利用诊断分析和数值模拟等方法，考察了SSTID变率对ITCZ降水、北半球夏季风以及热带外大尺度大气环流的影响及相应物理机制。在此基础上，建立了具有物理基础的基于SSTID的热带降水年代际变率预测模型。此外，为了理解SSTID模态的形成机制，文中还对南大西洋和南印度洋海温的年代际同步变化现象及机理进行了分析。得到的主要结论如下:
(1)揭示了SSTID模态的详细时空特征，辨析了其与年代际区域海温模态的区别。
提出了物理意义更为明确的SSTID模态定义方法，然后在此基础上详细分析了SSTID的空间结构。除了呈现南北半球海温的跷跷板变化，SSTID对应的热带外海温异常也具有很强的经向非均匀性，从而可以引起中纬度海温梯度的显著变化。SSTID模态在四个季节都显著存在，这意味着SSTID热力强迫全年都可以对大气变率产生潜在影响。此外，还辨析了SSTID与年代际区域海温模态IPO和AMO的区别。发现SSTID与区域海温模态在空间结构上有着明显不同，其所表征的半球间反对称海温变率的存在并不依赖于区域海温模态。
(2)发现SSTID通过改变南北半球热力对比引起ITCZ降水的年代际变率，并建立了基于SSTID的热带降水年代际预测模型。
年平均ITCZ降水的主模态呈现关于赤道反对称的结构，其反映了南北半球热带降水的年代际尺度跷跷板变化。热带降水的年代际反对称变率主要由SSTID热力强迫所导致，并且热带降水对SSTID强迫的响应存在时间滞后。基于能量平衡观点的诊断表明，SSTID强迫可以引起两半球大气能量收入的反对称性，从而导致Hadley环流调整来维持大气能量收支平衡。Hadley环流中心的南北移动伴随着整个纬圈大气辐合上升区的变化，对应ITCZ和热带降水的变化。
考虑到年代际时间尺度上SSTID变率超前于热带降水，文中根据这一物理联系建立了基于SSTID的热带降水统计预测模型，该模型对热带降水年代际变率具有较好的模拟能力。另外从2011年开始的预测发现，未来热带降水反对称指数依然会继续呈现上升趋势，这主要是受SSTID模态1980年以来持续向正位相转变的影响。
(3)揭示了SSTID对北半球陆地夏季风年代际变率的影响及物理机制。
北半球陆地季风区的夏季降水呈现出很好的协同演变特征，其年代际变率与SSTID模态之间具有很好的一致性关系，SSTID正位相对应北半球陆地夏季风降水的增多。观测和海温强迫试验都表明，SSTID热力强迫通过引起行星尺度大气环流调整来影响北半球夏季风。SSTID正位相对应整个北半球表面气温的升高，南半球表面气温的降低，从而增强了两半球的温差。由于海平面气压的变化与表面温度相反，两半球热力对比的加大增强了南北的气压梯度（南半球减北半球），从而加强了季风区向北的跨赤道气流，导致夏季北半球季风环流的加强和陆地季风降水的增多。
(4)发现冬季南北两半球热带外大尺度大气环流对SSTID强迫呈现不同响应，并揭示了其内在动力学机制。
SSTID模态对应的两半球热带外海温异常具有很强的经向非均一性特征。观测和数值试验表明SSTID通过影响海洋锋区的强度可以导致南北两半球风暴轴的不同变化，进而通过瞬变涡旋反馈引起时间平均流的不同响应。SSTID正位相期间，北半球的非均匀海温增暖减弱了北太平洋和北大西洋的海洋锋强度，并引起风暴轴活动的减弱。经向涡旋热通量和西风动量辐合的减小在位势高度场上强迫出“北正南负”的经向偶极子型环流异常，对应北大西洋（北太平洋）中纬度急流的向赤道（向极）移动。南半球的情形与之相反，位于南大洋的最强冷海温异常引起南极极锋区和大气风暴轴的加强。南半球风暴轴增强所伴随的异常涡旋热量和动量通量强迫出正SAM型的位势高度异常，对应南半球西风急流的向极移动。
(5)解释了南大西洋和南印度洋海温的年代际遥相关现象，初步揭示了SSTID的形成机制
观测发现南大西洋和南印度洋海温存在着年代际同步变化现象，数值试验表明南大西洋多年代际变率(SAMV; South Atlantic multidecadal variability)在南大西洋和南印度洋海温遥相关中起着强迫作用。SAMV对应的海温增暖通过减弱南大西洋区域的大气经圈环流，抑制热带非洲上空的对流活动。对流加热的减弱在其东侧激发大气冷性开尔文波响应，对应热带印度洋区域的低层西风异常。受大气边界层摩擦作用的影响，开尔文波在热带南印度洋上空引起大气Ekman辐合，从而导致该区域异常气旋性环流的形成。中纬度南印度洋(MSIO; midlatitude South Indian Ocean)位于异常气旋性环流的南侧，因而受异常东风气流的影响。MSIO区域气候态下盛行西风，异常东风减弱了该区域的表面风速，从而触发MSIO海温增暖。此外，SAMV强迫的MSIO海温增暖在局地海温-水汽-长波辐射热力学正反馈的作用下得到进一步放大。
本文首先详细分析了SSTID模态的时空特征。然后利用诊断分析和数值模拟等方法，考察了SSTID变率对ITCZ降水、北半球夏季风以及热带外大尺度大气环流的影响及相应物理机制。在此基础上，建立了具有物理基础的基于SSTID的热带降水年代际变率预测模型。此外，为了理解SSTID模态的形成机制，文中还对南大西洋和南印度洋海温的年代际同步变化现象及机理进行了分析。得到的主要结论如下:
(1)揭示了SSTID模态的详细时空特征，辨析了其与年代际区域海温模态的区别。
提出了物理意义更为明确的SSTID模态定义方法，然后在此基础上详细分析了SSTID的空间结构。除了呈现南北半球海温的跷跷板变化，SSTID对应的热带外海温异常也具有很强的经向非均匀性，从而可以引起中纬度海温梯度的显著变化。SSTID模态在四个季节都显著存在，这意味着SSTID热力强迫全年都可以对大气变率产生潜在影响。此外，还辨析了SSTID与年代际区域海温模态IPO和AMO的区别。发现SSTID与区域海温模态在空间结构上有着明显不同，其所表征的半球间反对称海温变率的存在并不依赖于区域海温模态。
(2)发现SSTID通过改变南北半球热力对比引起ITCZ降水的年代际变率，并建立了基于SSTID的热带降水年代际预测模型。
年平均ITCZ降水的主模态呈现关于赤道反对称的结构，其反映了南北半球热带降水的年代际尺度跷跷板变化。热带降水的年代际反对称变率主要由SSTID热力强迫所导致，并且热带降水对SSTID强迫的响应存在时间滞后。基于能量平衡观点的诊断表明，SSTID强迫可以引起两半球大气能量收入的反对称性，从而导致Hadley环流调整来维持大气能量收支平衡。Hadley环流中心的南北移动伴随着整个纬圈大气辐合上升区的变化，对应ITCZ和热带降水的变化。
考虑到年代际时间尺度上SSTID变率超前于热带降水，文中根据这一物理联系建立了基于SSTID的热带降水统计预测模型，该模型对热带降水年代际变率具有较好的模拟能力。另外从2011年开始的预测发现，未来热带降水反对称指数依然会继续呈现上升趋势，这主要是受SSTID模态1980年以来持续向正位相转变的影响。
(3)揭示了SSTID对北半球陆地夏季风年代际变率的影响及物理机制。
北半球陆地季风区的夏季降水呈现出很好的协同演变特征，其年代际变率与SSTID模态之间具有很好的一致性关系，SSTID正位相对应北半球陆地夏季风降水的增多。观测和海温强迫试验都表明，SSTID热力强迫通过引起行星尺度大气环流调整来影响北半球夏季风。SSTID正位相对应整个北半球表面气温的升高，南半球表面气温的降低，从而增强了两半球的温差。由于海平面气压的变化与表面温度相反，两半球热力对比的加大增强了南北的气压梯度（南半球减北半球），从而加强了季风区向北的跨赤道气流，导致夏季北半球季风环流的加强和陆地季风降水的增多。
(4)发现冬季南北两半球热带外大尺度大气环流对SSTID强迫呈现不同响应，并揭示了其内在动力学机制。
SSTID模态对应的两半球热带外海温异常具有很强的经向非均一性特征。观测和数值试验表明SSTID通过影响海洋锋区的强度可以导致南北两半球风暴轴的不同变化，进而通过瞬变涡旋反馈引起时间平均流的不同响应。SSTID正位相期间，北半球的非均匀海温增暖减弱了北太平洋和北大西洋的海洋锋强度，并引起风暴轴活动的减弱。经向涡旋热通量和西风动量辐合的减小在位势高度场上强迫出“北正南负”的经向偶极子型环流异常，对应北大西洋（北太平洋）中纬度急流的向赤道（向极）移动。南半球的情形与之相反，位于南大洋的最强冷海温异常引起南极极锋区和大气风暴轴的加强。南半球风暴轴增强所伴随的异常涡旋热量和动量通量强迫出正SAM型的位势高度异常，对应南半球西风急流的向极移动。
(5)解释了南大西洋和南印度洋海温的年代际遥相关现象，初步揭示了SSTID的形成机制
观测发现南大西洋和南印度洋海温存在着年代际同步变化现象，数值试验表明南大西洋多年代际变率(SAMV; South Atlantic multidecadal variability)在南大西洋和南印度洋海温遥相关中起着强迫作用。SAMV对应的海温增暖通过减弱南大西洋区域的大气经圈环流，抑制热带非洲上空的对流活动。对流加热的减弱在其东侧激发大气冷性开尔文波响应，对应热带印度洋区域的低层西风异常。受大气边界层摩擦作用的影响，开尔文波在热带南印度洋上空引起大气Ekman辐合，从而导致该区域异常气旋性环流的形成。中纬度南印度洋(MSIO; midlatitude South Indian Ocean)位于异常气旋性环流的南侧，因而受异常东风气流的影响。MSIO区域气候态下盛行西风，异常东风减弱了该区域的表面风速，从而触发MSIO海温增暖。此外，SAMV强迫的MSIO海温增暖在局地海温-水汽-长波辐射热力学正反馈的作用下得到进一步放大。