北大西洋濤動

北大西洋濤動（North Atlantic Oscillation、NAO）是北大西洋上空冰島低壓和亞速爾高壓之間海平面氣壓差 (SLP)波動的天氣現象。通過冰島低壓和亞速爾群島高壓的強度波動，NAO控制著中緯度西風的強度和方向以及跨北大西洋風暴路徑的具體位置。

NAO 是在 19 世紀末到20 世紀初通過多項研究發現的。與發生在太平洋的聖嬰-南方濤動現象不同，NAO 主要是一種大氣模式。它是北大西洋及周邊潮濕氣候地帶出現氣候波動的最重要表現之一。

北大西洋濤動與北極振盪（AO）（或北極環流模式（NAM））密切相關，但不應與大西洋多年代際振盪（AMO）相混淆。

## 定義

NAO 有多種可能的定義。最容易理解的是那些基於測量站間季節平均氣壓差的數據，例如：

- 里斯本和Stykkishólmur/雷克雅未克
- 蓬塔德爾加達、亞速爾群島和斯蒂基什霍爾穆爾/雷克雅未克
- 亞速爾群島 (1865–2002)、直布羅陀(1821–2007) 和雷克雅未克

這些定義在冰島都有相同的北點（因為這是該地區唯一一個有長期記錄的站）；和各個南點。所有人都試圖通過在亞速爾高壓和冰島低壓這兩個穩定壓力區域的「眼睛」中選擇站點來捕捉相同的變化模式（如圖所示）。

通過數值天氣預報生成的更完整的現代記錄，基於地表氣壓的主要經驗正交函數(EOF)，學者對NAO進行了更為複雜的定義。該定義與基於站的定義具有高度相關性。這就引發了關於 NAO 是否與 AO/NAM 不同的爭論：如果兩者不同，那麼兩者中的哪一個才是大氣結構的最基於物理規律的（而非最明顯脫離的那個）數學表達式？

## 描述

吹過大西洋的西風將潮濕的空氣帶入歐洲。在西風強、夏季涼爽、冬季溫和、經常下雨的年份。如果西風帶被抑制，夏季和冬季的溫度會更加極端，導致熱浪、深度凍結和降雨減少。

冰島上空的永久低壓系統（冰島低壓）和亞速爾群島上空的永久高壓系統（亞速爾群島高壓）控制著西風進入歐洲的方向和強度。這些系統的相對優勢和位置每年都在變化，這種變化被稱為 NAO。兩個站的壓力差異很大（高指數年，表示為 NAO+）導致西風帶增加，因此中歐及其大西洋立面夏季涼爽，冬季溫和潮濕。相反，如果指數較低（NAO-），則西風帶受到抑制，北歐地區遭受寒冷乾燥的冬季，風暴向南向地中海移動。這給南歐和北非帶來了更多的風暴活動和降雨。

特別地，在 11 月至 4 月期間，NAO 影響了北大西洋地區的大部分天氣變化，包括風速和風向變化、溫度和濕度分布的變化以及風暴的強度、數量和軌跡。目前的研究認為，NAO 可能比以前所估計的更容易預測，並且 針對 NAO 可以進行更為有技巧性的冬季天氣預報。

在 NAO 對北美短期天氣的影響程度上，學者們還有一些爭議。大多數研究者認為 NAO 對美國的影響遠小於對西歐的影響，但也有人認為 NAO 會影響北美北方中東部大部分地區的天氣。在冬季，當該指數處於高位 (正相，記為NAO+) 時，亞速爾高壓會在北美大陸東半部產生更強的西南環流，從而阻止北極空氣大量南下（進入北緯 40 度以南的美國）。與聖嬰現象相結合，這種效應可以使美國北方中西部地區和新英格蘭地區的冬季明顯變暖，但對這些地區的南部的影響是有爭議的。相反，當 NAO 指數較低 (負相，記為NAO-) 時，美國中北部和東北部地帶可能會比平時更容易發生冬季極寒天氣，並伴有暴風雪產生。在夏季，強烈的負相 NAO 會導致急流減弱，這種急流通常會將緯向系統導入大西洋區域，從而導致歐洲長時間持續的熱浪。不過，最近的研究並未表明這些關聯的證據。

最近的研究表明，NAO 的組成部分（壓力中心強度和位置）在研究與歐洲、北美和地中海地區的季節性和次季節性氣候變化的關係方面更有力。

## 影響

### 對北大西洋海平面的影響

在正 NAO 指數 (NAO+) 下，由於「逆氣壓計效應」，區域大氣壓力降低會導致區域海平面上升。這種效應對於解釋歷史海平面記錄和預測未來海平面趨勢都很重要，因為毫巴數量級的平均壓力波動會導致厘米數量級的海平面波動。

### 北大西洋颶風

通過控制亞速爾群島高壓的位置，NAO 還影響了北大西洋主要熱帶氣旋的一般風暴路徑的方向：亞速爾群島高壓的位置越向南，往往會迫使風暴進入墨西哥灣，而北部的位置允許他們追蹤北美大西洋海岸。

根據古風暴學研究顯示，在公元前 3000 年至公元前 1400 年和最近的一千年期間，很少有大型颶風襲擊墨西哥灣沿岸。而自公元前 1400 年至公元 1000 年期間，出現了一個颶風高度活躍的時期，這段時間裡墨西哥灣沿岸經常遭受災難性颶風的襲擊，颶風登陸機率增加了 3-5 倍之多。

### 生態效應

直到最近，自 1970 年代後期以來，NAO 一直處於整體活躍的狀態，給西北大西洋帶來了更冷的條件，拉布拉多海雪蟹的繁盛就可能與之有關，因為它們的宜居環境溫度較低。

北海的 NAO+ 變暖降低了處於其耐溫上限的鱈魚幼體的存活率，拉布拉多海的冷卻也是如此，那裡的鱈魚幼體處於其耐溫的下限。儘管並非關鍵因素，1990 年代初期的 NAO+ 峰值可能對紐芬蘭鱈魚漁業崩潰事件產生了影響。在美國東海岸，NAO+ 會導致氣溫升高和降雨量增加，從而使地表水變暖、含鹽量減少。這會抑制營養豐富的上升流，導致表層海水生產力下降。鱈魚捕撈量減少還影響到了喬治海岸和緬因灣。

NAO的強度也是深入研究的Soay羊種群波動的決定性因素。Jonas 和 Joern (2007) 在美國中西部的高草草原中發現了 NAO 和蚱蜢物種組成之間的強烈信號。他們發現，儘管 NAO 不會顯著影響中西部的天氣，但常見蚱蜢物種的豐度在 NAO 的正相的冬季之後顯著增加（即Hypochlora alba、Hesperotettix spp.、 Phoetaliotes nebrascensis、M. scudderi、M. keeleri 和 Pseudopomala brachyptera），在 NAO 的負相冬季之後一些物種則不再常見（即Campylacantha olivacea、Melanoplus sanguinipes、Mermiria picta、Melanoplus packardii 和 Boopedon gracile）。這被認為是第一個顯示 NAO 與北美陸生昆蟲之間聯繫的研究。

## 相關事件

### 歐洲2009-10年冬季

2009-10 年歐洲的冬天異常寒冷。據推測，這可能是由於太陽活動低，聖嬰-南方濤動的溫暖階段和准兩年期濤動的強烈東向階段同時發生的結果。例如，英國氣象局報告說，英國經歷了 30 年來最冷的冬天。這恰逢NAO異常消極的階段。2010 年年中發表的分析證實，同時發生的「聖嬰」事件和罕見的極負面 NAO 發生，這已被稱為「混合聖嬰」。

然而，在2010-11 年冬季，北歐和西歐，通常位於冰島西部和格陵蘭島東部的冰島低壓經常出現在冰島東部，因此允許異常冷空氣從北極進入歐洲。一個強大的高壓區域最初位於格陵蘭島上方，扭轉了大西洋西北部的正常風型，形成了一種阻塞模式，將暖空氣吹入加拿大東北部，將冷空氣吹入西歐，就像前一個冬天一樣。這發生在拉尼娜季節，與罕見的北極偶極子異常有關。

在大西洋的西北部，這兩個冬天都很溫和，尤其是 2009-2010 年，這是加拿大有記錄以來最溫暖的冬天。在該國北極北部地區，2010-2011 年冬季氣溫顯著高於正常水平。

當北極在夏季被較少的海冰覆蓋時，中歐出現寒冷冬季和大量積雪的可能性會增加。亥姆霍茲協會阿爾弗雷德·韋格納極地和海洋研究所波茨坦研究室的科學家們解密了一種機制，在該機制中，夏季海冰覆蓋層的縮小會改變北極大氣中的氣壓區以及對歐洲冬季天氣的影響。

如果像近年來觀察到的那樣，夏季北極海冰特別大規模融化，則會加劇兩個重要影響。首先，淺冰面的後退揭示了較暗的海洋，使其在夏季因太陽輻射而變暖（冰-反照率反饋機制）。其次，減少的冰蓋不再能阻止儲存在海洋中的熱量釋放到大氣中（蓋子效應）。由於海冰覆蓋減少，空氣比以前更暖和，尤其是在秋季和冬季，因為在此期間海洋比大氣更溫暖。

靠近地面的空氣變暖導致上升運動，大氣變得不穩定。其中一種模式是北極和中緯度地區之間的氣壓差：從天氣報告中可以看出北極振盪與亞速爾群島高點和冰島低點。如果這種差異很大，將產生強烈的西風，在冬季將溫暖潮濕的大西洋氣團帶到歐洲。在壓力差較低的負相階段，寒冷的北極空氣可以輕鬆地向南穿過歐洲，而不會被通常的西風帶中斷，過去三個冬天經常出現這種情況。模型計算表明，隨著北極夏季海冰覆蓋減少的氣壓差在接下來的冬季減弱，使得北極寒冷能夠下推至中緯度地區。

### 歐洲2015-16年冬季

儘管2015-16年的太平洋出現了有史以來記錄的最強聖嬰事件之一，但對於同一時期的歐洲冬季，北大西洋濤動在很大程度上占主導地位。例如，英格蘭的坎布里亞郡出現了有記錄以來最潮濕的月份之一。截至 3 月初，地中海的馬爾他群島記錄了有記錄以來最乾旱的年份之一，全國平均水平僅為 235 毫米，一些地區的記錄值甚至少於 200 毫米。

## 外部連結

- 目前的 NAO 觀測和預測
- 英國關於 NAO 的氣候研究單位資訊表
- 美國國家大氣研究中心關於 NAO 的概述論文Hurrell at al, ~2002, 35pp
- 馬丁維斯貝克：北大西洋濤動
- 北大西洋濤動 (NAO) 指數 1850 - 2013李建平
- 每日北大西洋濤動 (NAO) 指數 1948 - 2013 年作者：李建平
- 氣候指數概覽