大西洋多年代際振盪

大西洋多年代際振盪(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)，也稱為大西洋多年代際變率(AMV)、大西洋多年代際濤動，是北大西洋海表溫度(Sea Surface Temperature, SST) 在幾十年時間尺度上的理論變率。

雖然在模型和歷史觀察中對這種模式有一些支持，但關於它的振幅，以及它是否具有典型的時間尺度並可以歸類為振盪存在爭議。還有關於海面溫度變化歸因於自然或人為原因的討論，特別是在對颶風發展很重要的熱帶大西洋地區。大西洋多年代際振盪也與颶風活動、降雨模式和強度的變化以及魚類種群的變化有關。

## 定義和歷史

Folland 及其同事在 1980 年代的工作中開始出現以北大西洋為中心的多年代際氣候振盪的證據，如圖 2.d 所示。這種振盪是 Schlesinger 和 Ramankutty 在 1994 年的唯一關注點，但實際上大西洋多年代際振盪 (AMO) 一詞是由 Michael Mann 在 2000 年與 Richard Kerr 的電話採訪中創造的。

一旦消除了任何線性趨勢，AMO 信號通常是根據北大西洋海溫變化的模式定義的。這種去趨勢的目的是從分析中消除溫室氣體引起的全球變暖的影響。然而，如果全球變暖信號在時間上是顯著非線性的（即不僅僅是平滑的線性增加），則強制信號的變化將影響到 AMO 的定義。因此，根據 Mann、Steinman 和 Miller 的說法，與 AMO 指數的相關性可能會掩蓋全球變暖的影響。

### 修正AMO指數

有幾種方法可以消除全球趨勢和聖嬰-南方濤動 (ENSO)對北大西洋海溫的影響。Trenberth和 Shea假設全球強迫對北大西洋的影響與全球海洋相似，從北大西洋海表溫度中減去全球（60°N-60°S）平均海表溫度以得出修正的 AMO 指數。

但是強迫海溫模式不是全球統一的；他們使用信噪比最大化EOF分析來分離強迫變化和內部產生的變化。

范奧爾登伯格等人根據海表溫度平均在熱帶外北大西洋（以消除在熱帶緯度更大的 ENSO 的影響）減去對全球平均溫度的回歸推導出 AMO 指數。

Guan 和 Nigam 在對剩餘的北大西洋海表溫度應用EOF分析之前，去除了非平穩的全球趨勢和太平洋自然變率。

線性去趨勢指數表明，20 世紀末北大西洋海溫異常在外部強迫分量和內部產生的變率之間均分，當前峰值與 20 世紀中葉相似；相比之下，其他方法表明，20 世紀末北大西洋異常的很大一部分是源於外部強迫。

弗拉伊卡-威廉士等（2017）指出，近期副極地環流降溫、副熱帶升溫和熱帶異常低溫的變化，增加了海面溫度經向梯度的空間分布，而 AMO 指數沒有捕捉到這一點。

## 機制

根據大約 150 年的儀器記錄，AMO 有大約 70 年的准周期性。在模型中，類似 AMO 的變異性與溫鹽環流北大西洋分支的微小變化有關。然而，歷史海洋觀測不足以將得出的 AMO 指數與當前的環流異常聯繫起來。模型和觀測表明，大氣環流的變化會引起雲、大氣塵埃和地表熱通量的變化，這在很大程度上是造成 AMO 的原因。

大西洋多年代際濤動 (AMO) 對於外部強迫如何與北大西洋海表溫度聯繫起來很重要。

## 全球氣候影響

AMO 與北半球大部分地區的氣溫和降雨量相關，特別是在北美和歐洲的夏季氣候中。通過大氣環流的變化，AMO 還可以調節阿爾卑斯山的春季降雪和冰川的質量變化。巴西東北部和非洲薩赫勒地區的降雨模式受到影響。它還與北美乾旱頻率的變化有關，並反映在嚴重的大西洋颶風活動的頻率上。

最近的研究表明，AMO 與美國中西部和西南部過去發生的重大乾旱有關。當 AMO 處於溫暖階段時，這些乾旱往往會更頻繁或更長時間。20 世紀最嚴重的兩次乾旱發生在 1925 年至 1965 年的正 AMO 期間：1930 年代的沙塵暴和 1950 年代的乾旱。佛羅里達和太平洋西北部表現往往相反——AMO處於溫暖時可以帶來更多的降雨。

氣候模型表明，AMO 的溫暖階段加強了印度和薩赫勒地區的夏季降雨以及北大西洋熱帶氣旋活動。古氣候學研究證實了過去 3000 年來薩赫勒地區的這種模式——AMO 暖期降雨量增加，冷期降雨量減少。

根據Li與Wang等人的研究，AMO的正（暖）相位，對應著東亞地區在各個季節都的增暖，華南沿海地區少雨且北部多雨。AMO的暖（正）位相導致更強的東亞夏季風，這點與年際尺度上太平洋子午線模式的影響有相似之處，入梅早的年份，北大西洋海溫較常年偏暖；入梅晚的年份，前期冬春北大西洋海溫較常年偏冷。

## 與大西洋颶風的關係

2008 年的一項研究將大西洋多年代際模式 (AMM) 與HURDAT數據 (1851-2007) 相關聯，並注意到小型颶風（1 類和 2 類）呈正線性趨勢，但在作者調整他們的模型以適應被低估的風暴時被刪除，以及聲明「如果颶風活動增加與溫室氣體引起的全球變暖有關，那麼它目前被 60 年的准周期周期所掩蓋。」在充分考慮氣象科學的情況下，AMO暖期可發展成強颶風的熱帶風暴數量比冷期要多得多，至少是冷期的兩倍； AMO 反映在嚴重的大西洋颶風的頻率上。根據 AMO 消極和積極階段的典型持續時間，目前的溫暖狀態預計將至少持續到 2015 年，甚至可能持續到 2035 年。恩菲爾德等人。假設在 2020 年左右達到頂峰。

然而，曼恩和伊曼紐爾在 2006 年發現，「人為因素是造成熱帶大西洋變暖和熱帶氣旋活動的長期趨勢的原因」，並且「AMO 沒有明顯的作用」。

2014 年，Mann、Steinman 和 Miller 表明變暖（以及因此對颶風的任何影響）不是由 AMO 引起的，他寫道：「過去研究中用於估計內部變率的某些程序，特別是內部多年代際振盪稱為「大西洋多年代際振盪」或「AMO」，當它是先驗已知的時，無法隔離真正的內部變化。此類程序產生的 AMO 信號具有膨脹的幅度和偏置相位，將最近的一些 NH 平均溫度升高歸因於 AMO。相反，真正的 AMO 信號似乎可能在近幾十年來處於降溫階段，抵消了一些人為變暖。」

自 1995 年以來，有 10 個大西洋颶風季節的氣旋能量指數異常偏高 - 1995 年、 1996 年、 1998 年、 1999 年、 2003 年、 2004 年、 2005 年、 2010 年、 2017年和2020 年。

## AMO 變化的周期性和預測

基於儀器數據的數據只有大約 130-150 年，對於傳統的統計方法來說樣本太少了。在多世紀代理重建的幫助下，Enfield 和 Cid-Serrano 使用更長的 424 年來說明他們在名為「氣候風險的機率預測」的論文中描述的方法。他們的零交叉間隔直方圖來自一組五個重新採樣和平滑的 Gray 等人的版本。（2004）指數與最大似然估計伽馬分布擬合直方圖，表明政權間隔的最大頻率約為10-20年。所有 20 年或更短時間間隔的累積機率約為 70%。

在任何確定的意義上，AMO 何時切換都沒有被證實的可預測性。電腦模型，例如那些預測聖嬰現象的模型，遠不能做到這一點。假設歷史可變性持續存在，Enfield 及其同事計算了在給定的未來時間範圍內 AMO 發生變化的機率。這種 機率預測 可能被證明對氣候敏感應用的長期規劃有用，例如水管理。

2017 年的一項研究預測，從 2014 年開始將持續降溫，作者指出，「.. 與大西洋的最後一個寒冷時期不同，大西洋海面溫度異常的空間模式並非均勻涼爽，而是表現為副極地環流中的低溫, 副熱帶地區的高溫和熱帶地區的低溫三重異常。異常的三重模式增加了海溫從副極地到亞熱帶的經向梯度，這不是由 AMO 指數值表示的，但可能導致大氣斜壓性和暴風雨性增加。」

在麥可曼 2021 年的一項研究中，表明上個千年 AMO 的周期性是由火山爆發和其他外部強迫驅動的，因此沒有令人信服的證據表明 AMO 是一種振盪或循環。在比聖嬰南方濤動更長的時間尺度上，模型中也缺乏振盪行為； AMV 與紅噪聲無法區分，紅噪聲是測試模型中是否存在振盪的典型零假設。