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The Persistent Impact of Winter Arctic Oscillation on the East Asian Surface Air Temperature
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摘要: 利用1950—2013年NCEP/NCAR再分析资料和哈德莱中心的海表面温度资料，统计分析了冬季北极涛动 (AO) 对东亚表面温度的影响。研究发现：冬季AO正位相时，东亚大槽减弱，西伯利亚高压减弱，低层风场异常偏南，东亚冬季风减弱，东亚冬季风区温度升高，而负位相时情况相反。冬季高纬度大气变率大，冬季逐月AO与东亚冬季温度的关系表明1月、2月AO分别与东亚表面温度的相关关系皆可持续2个月以上；AO正位相时，西太平洋海温和东亚表面温度均有所升高，由于海洋运动和变化具有缓慢性和持续性，西太平洋海温可以承载长达4个月的AO信号，西太平洋海温可持续影响东亚地区温度，导致AO持续影响东亚表面温度。Abstract: A statistical research of NCEP/NCAR reanalysis data and Met Office HadISST over the period of 1948-2013 is conducted to explore the influence of the winter AO on East Asian surface air temperature. The positive phase of the winter AO is characterized by weakened East Asia deep trough as well as Siberian high, low-level southerly wind field, and weakened East Asian winter monsoon resulting in temperature rise. The contrary is the case in the negative phase of the winter AO.In high latitudes, atmospheric variability in winter is very large. With probing deeply into the relationship between monthly winter AO and East Asian surface air temperature, it is found that the impact of AO in January and February can last 2 months or longer, respectively. And the impact will almost disappear in June. The effect of winter AO itself on monthly scale is not consistent. AO can only last no more than two months after self-correlation analysis. But though a large amount of ocean heat content, sea change is slow and persistent. Ocean can store abnormal information of atmosphere, and then acting on atmosphere. For the positive phase of AO, the sea surface temperature (SST) in Western Pacific and East Asian surface temperature are simultaneously abnormally high, and anomalous northeast trades lead to SST anomalies in Western Pacific, making Western Pacific carry AO signals for more than 4 months.With effects of Western Pacific, AO signals are passed continuously into East Asia. Above all, effects of SST in Western Pacific are of vital importance for the persistent impact of Arctic Oscillation on the East Asia through air-sea interaction.
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图 1 1951—2013年冬季AOI与同期异常表面温度相关分布
(方框为受AO影响最显著的东亚地区，阴影区达到0.01显著性水平)
Fig. 1 Correlation between AO index and surface air temperature anomalies in winter during 1951-2013
(the box denotes the target area influenced by AO, the shaded denotes passing the test of 0.01 level)
图 2 1951—2013年冬季AO正位相表面异常温度 (单位：K) (a)，500 hPa位势高度场 (单位：gpm) (b)，1000 hPa风场 (箭头) 和海表面气压 (等值线，单位：hPa) (c) 的异常分布及冬季AO负位相表面异常温度 (单位：K) (d)，500 hPa位势高度场 (单位：gpm) (e)，1000 hPa风场 (箭头) 和海表面气压 (等值线，单位：hPa) (f) 异常分布
(方框为受AO影响最显著的东亚地区，阴影区达到0.01显著性水平)
Fig. 2 Surface air temperature anomalies (unit:K) (a), 500 hPa geopotential height (unit: gpm) (b), 1000 hPa wind (vectors) and sea level pressure (unit: hPa) (c) based on the positive phase of wintertime AO during 1951-2013, Fig. 2d, Fig. 2e, Fig. 2f are the same as in Fig. 2a, Fig. 2b, Fig. 2c, but for the negative phase of wintertime AO
(the shaded denotes passing the test of 0.05 level, the wind is significant at 0.05 level)
图 3 1951—2013年冬季东亚平均表面温度距平 (a) 与AOI (b) 的变化
Fig. 3 The average surface air temperature anomalies in East Asia (a) and AO index (b) in winter during 1951-2013
图 4 1951—2013年1月AOI与1951—2013年1月 (a)、2月 (b)、3月 (c)、4月 (d) 的太平洋和大西洋海温相关分布及1951—2013年2月AOI与1951—2013年2月 (e)、3月 (f)、4月 (g)、5月 (h) 的太平洋和大西洋海温相关分布
(阴影表示达到0.01显著性水平)
Fig. 4 Correlation between AO index in Jan and Pacific-Atlantic sea surface temperature in Jan (a), Feb (b), Mar (c), Apr (d) during 1951-2013, correlation between AO index in Feb and Pacific-Atlantic sea surface temperature in Feb (e), Mar (f), Apr (g), May (h) during 1951-2013
(the shaded denotes passing the test of 0.01 level)
图 5 1951—2013年1月AO正位相 (a)、负位相 (b) 1000 hPa异常风速，1951—2013年2月AO正位相 (c)、负位相 (d) 1000 hPa异常风速
(风场达到0.05显著性水平)
Fig. 5 1000 hPa wind anomalies based on positive (a) and negative (b) phases of AO in Jan during 1951-2013 and 1000 hPa wind anomalies based on positive (c) and negative (d) phases of AO in Feb during 1951-2013
(the wind is significant at 0.05 level)
图 6 1951—2013年1月WPSST与1月 (a)、2月 (b)、3月 (c)、4月 (d) 的东亚异常表面温度相关分布及1951—2013年2月WPSST与2月 (e)、3月 (f)、4月 (g)、5月 (h) 的东亚异常表面温度相关分布
(方框为受AO影响最显著的东亚地区，深色和浅色阴影分别表示达到0.01和0.05显著性水平的正相关区域)
Fig. 6 Correlation between WPSST in Jan and Asian surface air temperature anomalies in Jan (a), Feb (b), Mar (c), Apr (d) during 1951-2013, correlation between WPSST in Feb and Asian surface air temperature anomalies in Feb (e), Mar (f), Apr (g), May (h) during 1951-2013
(the box denotes the target area influenced by AO, heavy and light shaded areas denote the positive correlation passing the tests of 0.01 and 0.05 levels, respectively)
表 1 1951—2013年冬季AOI滞后相关系数
Table 1 AO index lagged correlations in winter during 1951-2013
时间段及物理量 1950—2012年12月AOI 1951—2013年1月AOI 1951—2013年2月AOI 1951—2013年1月AOI 0.388** 1951—2013年2月AOI 0.100 0.367** 1951—2013年3月AOI 0.054 0.096 0.280* 1951—2013年4月AOI -0.045 -0.054 -0.074 1951—2013年5月AOI 0.088 0.050 -0.027 注：*, **分别表示达到0.05, 0.01显著性水平。 
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表 2 1951—2013年冬季AOI与同期及后期东亚异常表面温度的相关系数
Table 2 Correlation between winter AO and Asian surface air temperature anomalies during 1951-2013
时间段及物理量 1950—2012年12月AOI 1951—2013年1月AOI 1951—2013年2月AOI 1950—2012年12月TEA 0.421** 1951—2013年1月TEA 0.423** 0.620** 1951—2013年2月TEA 0.244 0.303* 0.562** 1951—2013年3月TEA 0.114 0.310* 0.526** 1951—2013年4月TEA 0.309* 0.318** 0.356** 1951—2013年5月TEA -0.007 0.256* 0.266* 1951—2013年6月TEA 0.037 0.015 0.048 注：*，**分别表示达到0.05, 0.01显著性水平。
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表 3 1950年1月—2013年12月AOI和WPSST自相关系数
Table 3 Autocorrelation of AO index and WPSST from Jan 1950 to Dec 2013
滞后长度/月 AOI自相关系数 WPSST自相关系数 1 0.430 0.790 2 0.174 0.647 3 0.010 0.565 4 -0.105 0.513 5 -0.193 0.469
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