北大西洋涛动

随着19世纪后期月平均海平面气压图的使用，气象学家提出了大气活动中心的概念。有的大气活动中心一年四季都存在，如北大西洋高压，称为永久性大气活动中心；有的则只在某些季节出现，如北半球冬季的西伯利亚高压，是半永久性或者季节性大气活动中心。大气活动中心的变化按它们之间的关系可以分成两类：一类是某些大气活动中心的活动有很强的独立性，如夏半年出现的印度低压；另一类是相邻的两个大气活动中心之间，存在很强的联系，表现为气压变化的反向相关。气压的这种“跷跷板”式的变化，称为大气涛动（atmospheric oscillation）。 

19世纪后期到20世纪初，欧洲科学家L.泰瑟朗·德·波尔（Léon Teisserenc de Bort，1883）、Hugo Hildebrand Hildebrandsson（1897）、埃克斯纳（Exner，1913）等注意到，北大西洋中纬度和高纬度近地面气压变化存在明显的关联。20世纪二三十年代，英国气象学家G.沃克（Gilbert Walker，1868～1958）进一步发展了大气活动中心的概念，提出了著名的三大涛动（北大西洋涛动、北太平洋涛动和南方涛动）。其中的北大西洋涛动指，当北大西洋高压偏强（即气压升高）时，其北侧的冰岛低压也偏强（即气压下降）；反之，当北大西洋高压偏弱时（即气压下降），冰岛低压亚也偏弱（即气压上升）。伴随北大西洋涛动的变化，相关的大气活动中心关联区域的温度、风场、降水等会出现系统性、协调的变化。如北大西洋涛动处于偏强正位相时，北欧、美国东南部气温偏高、降水增加，北美大陆东北部及南欧地区气温偏低、降水偏少，北大西洋中高纬度区域海表温度（SST）呈现三极子型异常分布；同时，亚洲大陆中高纬度地区同期气温也显著偏暖。 

1998年，美国气象学家D.W.J.汤普森（D.W.J.Thompson）和J.M.华莱士（John M.Wallace）对北半球热带外大气环流的分析发现，冬季大气环流最主要的模态表现为整个中纬度与高纬度之间气压的反向变化，从地面到平流层低层都是显著的，呈准正压结构。此模态在高纬度地区的中心主要在北极地区，因此称为北极涛动（Arctic Oscillation，缩写为AO）。伴随北极涛动强弱的变化，对流层低层气压异常的区域性更为明显，当北极涛动处于正位相时，中纬度气压偏高的地区包括北大西洋、北太平洋的中纬度地区；而北冰洋及邻近地区则是大范围的负异常，其中冰岛附近区域是一个极小值中心。这可能与对流层低层环流受不规则海陆分布的影响有关。而对流层中高层到平流层低层，环流异常的纬向对称结构的特点变得非常显著。由于气压异常中心基本上是沿纬圈呈环状分布，故也称北半球环状模（Northern Annular Mode，缩写为NAM）。 关于北极涛动与北大西洋涛动是否独立，以及北极涛动的物理本质等问题，学术界存在不同的观点。以华莱士为代表的一些学者认为，北极涛动与北大西洋涛动是同一事物在不同侧面的两种表现，实际上反映大气质量在不同纬度带的再分配及中纬西风的强弱，是一个行星尺度的现象。只不过北极涛动的空间尺度更大，而北大西洋涛动是其在北大西洋区域的表现。它们的位相和强弱，是表征大气基本环流形势的重要的判据和指标。北大西洋涛动指数与北极涛动指数的时间序列有很高的相似性，因此北大西洋涛动、北极涛动及北半球环状模的名称和指数时间序列常常相互混用。

大气涛动把大气活动中心和局地的气候综合在一起，在天气气候学的研究中具有重要意义。中国气象学家涂长望在20世纪30年代曾系统地研究过包括北大西洋涛动在内的大气涛动同中国气候的关系。自20世纪九90年代以来的研究，国内外学者揭示了北大西洋涛动与东亚气候联系的诸多事实和机理，表明北大西洋涛动是影响东亚冬季风、夏季风以及极端天气气候事件的重要大气环流因子。