众所周知，厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)能通过大气遥相关对全球范围的气候异常产生影响。与太平洋北美型、太平洋东亚型遥相关不同，ENSO对北大西洋-欧洲地区大气环流的影响具有更大的时空不确定性，不仅敏感于ENSO的强度和位置，还在次季节尺度上表现出显著的非平稳特征。例如，已有研究指出，El Niño年早冬（11-12月），NAO通常表现为正位相，而在晚冬（1-3月）则呈现显著的负位相响应。
基于再分析资料和CMIP6多模式模拟数据，青年教师耿新博士和赵久伟副教授，与浦项工科大学Jong-Seong Kug教授合作研究发现，ENSO-NAO遥相关的次季节位相反转具有显著的突发性和时间锁相特征，即通常突发于1月初，不仅在El Niño和La Niña冬季均有体现，还能被26个大气环流模式的AMIP模拟真实再现（图1）。进一步研究指出，这种位相急转主要是由ENSO引起的热带外Rossby波在北美东北部传播方向的改变导致的（图2），在急转前，波动向东北方向传播，导致冰岛附近出现负流函数扰动，在瞬变涡旋-低频环流正反馈的作用下形成了正位相NAO，而在1月初，该地区上空波动的传播方向突变为东南向，使得负流函数扰动南移至北大西洋中部，瞬变涡旋-低频环流正反馈放大了这种低频信号，最终使得NAO转变为负位相。
随后对波活动通量的经向分量进行了分解，发现波动传播方向的改变主要由流函数扰动水平结构的变化所导致。在反转前，北美地区正流函数异常呈西北-东南向倾斜，有利于波动向北传播，而在1月初之后，该异常变为东北-西南向倾斜，使得波动能量向南传播（图2）。进一步分析发现，流函数扰动水平结构的改变则由大西洋急流经向切变的季节性减弱引起（图3）。在反转前，大西洋急流北侧经向切变较强，有利于维持扰动的西北-东南向水平结构，而在1月初之后，大西洋急流北侧西风季节性加强，南侧西风减弱，有利于扰动形成东北-西南向水平结构，进而导致波动传播方向以及NAO响应的突然转变。
相关成果发表在《npj Climate and Atmospheric Science》。
图1 (a) Niño-3.4指数回归的北大西洋地区纬向平均（70W-0）的SLP异常（阴影, hPa）和NAO指数（曲线）。(c)同(a)但为26个AMIP模拟的多模式平均。(b) 1997/98年（阴影, hPa）和2015/16年（等值线, hPa）冬季北大西洋地区纬向平均（70W-0）的SLP异常。(d) Niño-3.4指数回归的P1（12月1日-1月5日）到P2（1月10日至25日）阶段地面气温（阴影, hPa）和850-hPa风场（矢量, m/s）的改变量的空间分布。图中深色竖虚线表示NAO位相反转的大概日期，打点表示异常通过了90%的信度检验。
图2 Niño-3.4指数回归的 (a) P1阶段和 (b) P2阶段250-hPa位势高度异常（阴影, m）和对应的波作用通量（矢量，m2/s2）。(c)-(d) 同 (a)-(b) 但为26个AMIP模拟的多模式平均。黑色方框表示两个阶段波传播方向在该区域明显不同，打点表示异常通过了90%的信度检验。
图3 Niño-3.4指数回归的(a) P1阶段和 (b) P2阶段北美东北部波活动通量经向分量及其四个分量（m2/s2）随纬度的分布。(c) P1阶段250hPa纬向风的气候态分布（等值线，m/s）以及从P1阶段到P2阶段250hPa纬向风的改变量（阴影，m/s）。(d) 250hPa纬向风经向切变指数的气候态演变（绿色折线）以及Niño-3.4指数回归的北美东北部波活动通量经向分量及其两个主要分量的时间演变。图(c)中的方框表示定义纬向风经向切变指数所用的区域，即将黄色方框平均的纬向风与绿色方框平均的纬向风的差值定义为纬向风经向切变指数。
论文信息：
Geng, X., Zhao, J. & Kug, JS*. ENSO-driven abrupt phase shift in North Atlantic oscillation in early January.npj Clim Atmos Sci6, 80 (2023). https://doi.org/10.1038/s41612-023-00414-2.
