厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）的关键特征不仅由热带太平洋局地的物理过程决定，也显著受到副热带太平洋气候模态的影响，充分考虑这些模态的作用有助于深入理解ENSO的复杂性并改善ENSO的预测水平。副热带太平洋存在北太平洋经向模态（North Pacific Meridional Mode, NPMM）和南太平洋经向模态（South Pacific Meridional Mode, SPMM）两类重要气候模态，目前学界对NPMM的研究比较系统，而对SPMM的认知仍存在不足，尤其是SPMM能否由ENSO强迫产生尚不清楚。因此，本文利用观测和再分析资料细致探究了ENSO对SPMM的强迫作用及物理机制，并基于此进一步分析了SPMM事件对ENSO事件的影响。

本文首先分析了ENSO与其衰退期早春SPMM事件（本文季节均以北半球为参考）的统计关系，发现二者具有统计依赖性，且这种依赖性是负不对称的：拉尼娜与负位相SPMM（–SPMM）事件的关系强于厄尔尼诺与正位相SPMM（+SPMM）事件。这种不对称性主要体现在强ENSO的对比中，在弱ENSO中并不存在。随后，通过分析强ENSO事件的季节演化过程，本文阐明了强ENSO事件强迫同相位SPMM事件形成的物理机制。在强ENSO事件发展期的夏季，ENSO对应的赤道海表面温度（sea surface temperature, SST）异常引发赤道太平洋上层大气的辐散风异常，该辐散风异常向极流动，并与季节性增强的南太平洋副热带急流相互作用，产生异常罗斯贝波源，激发出太平洋-南美型（Pacific-South America, PSA）大气遥相关。PSA对应的海表面气压（sea level pressure, SLP）异常改变了副热带东南太平洋的信风风速，导致局地潜热通量和SST异常，由此与ENSO同相位的SPMM在风-蒸发-SST正反馈机制下得以发展。这种强迫过程从强ENSO事件发展期的夏季一直持续到冬季。

明确强ENSO对SPMM事件的强迫作用后，本文进一步通过合成分析证明这种强迫作用是负不对称的，其核心原因是PSA遥相关在夏、秋季的空间结构不对称和在冬季的强度不对称。强拉尼娜发展期的夏、秋季，高强度的瞬态涡旋（transient eddy, TE）反馈导致PSA遥相关在南太平洋中高纬度区域呈现类似南太平洋涛动的南北气压偶极子，其中纬度一极（25°S-45°S）向东延伸较多，对副热带东南太平洋信风的加速效果较强，使得–SPMM在此季节有较快的发展；而在强厄尔尼诺发展期的夏、秋季，TE反馈作用弱且没有改变PSA的形态，导致信风变化较小，相应的+SPMM发展较慢。冬季时，PSA遥相关的空间结构不对称性减弱，但强度不对称性明显。强拉尼娜引起的遥相关强度更强，且与热带太平洋的Gill型大气响应共同作用，导致副热带东南太平洋和热带之间形成了一个大尺度的反气旋SLP异常，对副热带东南太平洋的信风继续起到加速作用，使得–SPMM在此季节仍能继续发展并维持到次年春季；而对于强厄尔尼诺，其遥相关偏弱，无法形成类似的大尺度气旋异常，因此对应的+SPMM在冬季衰退，随后在春季难以形成+SPMM事件。本文也发现第六次国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6）历史模拟试验能够模拟出ENSO对SPMM事件的强迫作用，但无法模拟出其不对称性，原因可能在于大多数CMIP6模式未能准确模拟出ENSO引发的南太平洋遥相关的不对称性。

在此基础上，本文详细分析了春季SPMM事件对接下来冬季ENSO事件的影响，取得三项结论。（1）由于ENSO对NPMM和SPMM事件的强迫均具有负不对称性，–SPMM事件和负位相NPMM（–NPMM）事件在拉尼娜的共同强迫下经常同时发生（一半的–SPMM事件伴有同时的–NPMM事件），且二者同时发生后，可协同作用促进下一年拉尼娜的形成，进而有助于多年拉尼娜事件的产生；（2）根据强迫源差异，本文将SPMM事件分为继发型（由ENSO强迫产生）和随机型（由中纬度大气随机变率强迫产生）两类，发现ENSO强迫作用的不对称性并未导致继发型+SPMM事件和继发型–SPMM事件在强度上有所区别，主要是导致二者的发生频率有区别——继发型–SPMM事件比继发型+SPMM事件更频发；继发型+SPMM事件和随机型+SPMM事件对ENSO的影响都很弱，继发型–SPMM事件后的拉尼娜发生率较高，随机型–SPMM事件后的厄尔尼诺发生率较高；（3）SPMM事件对ENSO的影响也是负不对称的，–SPMM事件后拉尼娜的发生频率显著高于+SPMM事件后厄尔尼诺的发生频率。其原因在于–SPMM事件多数是拉尼娜强迫的继发型–SPMM事件，经常同时伴有–NPMM事件，二者的协同作用使得继发型–SPMM事件后拉尼娜发生率较高，进而提高了整体–SPMM事件后拉尼娜的发生率。此外，厄尔尼诺和拉尼娜本身充放电的不对称性也会影响SPMM事件对ENSO的作用效果。总体上，本文为理解SPMM的形成机理及其对ENSO的影响提供了新证据，也为多年拉尼娜的形成提供了新的解释。

第1章 绪论... 1

1.1 研究背景... 1

1.2 研究现状... 2

1.2.1  北太平洋经向模态（NPMM）... 2

1.2.2  南太平洋经向模态（SPMM）... 4

1.3 关键科学问题与主要研究内容... 6

第2章 资料与方法... 8

2.1 资料介绍与预处理方法... 8

2.1.1  HadISST. 8

2.1.2  ERA5. 8

2.1.3  IAPv4.2. 8

2.1.4  CMIP6. 8

2.1.5  数据预处理方法... 8

2.2 指数与事件定义... 10

2.2.1  经向模态指数与事件... 10

2.2.2  Niño3.4指数与ENSO事件... 11

2.3 遥相关诊断方法... 11

2.3.1  罗斯贝波源... 11

2.3.2  瞬态涡旋反馈... 11

2.4 统计分析方法... 12

2.4.1  条件频率... 12

2.4.2  频率分解... 12

2.4.3  线性相关分析和线性回归分析... 12

2.4.4  合成分析... 13

第3章 ENSO对SPMM的不对称强迫及机制... 14

3.1 ENSO与随后SPMM事件的统计关系... 14

3.2 ENSO对同相位SPMM的强迫机制... 15

3.3 ENSO对SPMM强迫作用不对称的机制... 22

3.4 基于其他经向模态指数定义方法和ENSO识别方法进行验证... 27

3.4.1  基于海表面气压定义SPMM指数的结果... 27

3.4.2  基于其他ENSO识别方法的结果... 28

3.5 CMIP6历史模拟试验中ENSO对SPMM的强迫作用... 30

3.6 本章小结... 34

第4章 SPMM对ENSO的影响... 35

4.1 -SPMM和-NPMM事件对多年拉尼娜形成的协同作用... 35

4.2 SPMM事件分类... 38

4.3 SPMM事件对ENSO的不对称影响... 40

4.4 本章小结... 43

第5章 总结与展望... 45

5.1 全文总结... 45

5.2 不足和未来展望... 46

参考文献... 48

致  谢... 52

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果... 53