冬季平均北大西洋涛动：白噪声与可预测性

这为何与冬季天气相关

居住在北大西洋周边的人都知道，有些冬季风暴多、降水多，而有些则平静且寒冷，一种称为北大西洋涛动（NAO）的格局有助于解释这些波动。由于NAO会影响欧洲的温度、降雨和风暴，科学家长期以来一直希望能提前多年对其进行预测。本研究提出了一个看似简单的问题：NAO是否包含任何可能使其在十年尺度上可预测的隐含节律，还是它在一个冬季到下一个冬季之间更像随机噪声？

大西洋上的气候开关

NAO描述了冰岛附近与亚速尔群岛附近大致的气压差异。当这种气压对比强（正位相NAO）时，风暴路径向北偏移，给北欧带来温暖潮湿的冬季，而南方则更干燥。当它弱（负位相NAO）时，情况相反：北欧常出现更冷更干的天气，而南方变得更湿润。因为这一单一指标就能概括北大西洋冬季气候的许多要素，弄清它是否具有任何内在周期性可能为预测未来欧洲冬季提供有力线索。

寻找隐含的节律

以往研究提示NAO可能以大约2–10年的优选周期摆动，尤其在7–8年左右。如果这种峰值是真实且持续的，NAO起伏中的这些峰将像心跳一样，为长期预报提供锚点。作者利用超过150年的观测资料和大量现代气候模式模拟重新检验了这一想法。他们将实际的NAO记录与数千个纯随机的“白噪声”时间序列进行比较，采用分析变率在不同时间尺度上分布（谱和小波）以及每个冬季与下一冬季关联性（自回归和其他时间序列检验）的工具。

当气候看起来像静电噪声

乍一看，观测到的NAO与白噪声序列出奇地难以区分，即便在平滑数据以强调十年尺度波动之后也是如此。研究者发现，常被提及的8年谱峰确实出现在1950年之后的时期——但在更早的几十年中并未出现，并且在模式中也不稳定。当他们查看所有时间尺度时，观测中看似“特殊”的频率数量与白噪声纯粹由概率产生的数量没有差别。小波分析（追踪不同周期上的能量如何随时间变化）同样表明，1950年后出现的8年特征很可能只是一次随机的短暂激增，而非稳定的周期。

气候模式的结论

团队随后转向了大型CMIP6气候模式集合：涵盖历史期的45个不同模式的215个模拟。如果存在真实的十年尺度NAO结构并且模式能捕捉到它，某些模式或其集合均值应在多年尺度上显示出明显峰值。相反，模式的谱基本上是平坦的——就像白噪声——而且只有约5%的模式运行显示出统计上不寻常的特征，这正是随机机会所预期的。对一个冬季NAO值如何依赖于前几个冬季的检验也未在观测或模式中发现稳健记忆。每个模式中逐年内部的随机性远大于模式间的系统差异，这意味着模式物理在这些时间尺度上为NAO添加的可预测结构很少。

对长期NAO预测的限制

综合所有证据，作者得出结论：在年际和年代尺度上，冬季平均NAO在很大程度上可近似为白色高斯噪声。通俗地说，这意味着了解过去几个冬季的NAO对预测数年之后的值几乎没有帮助；最佳的统计预测基本上就是长期平均值。尽管可能仍存在与气候系统较慢部分的微弱物理联系或诸如火山喷发等随机外部冲击，但这些在冬季平均NAO本身中留下的痕迹很少。目前，本研究表明对高技能的十年期NAO预测——以及随之而来的详细欧洲冬季展望——很可能仍难以实现。

引用: Christiansen, B., Yang, S. The winter mean NAO: white noise and predictability. npj Clim Atmos Sci 9, 53 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01326-7

关键词: 北大西洋涛动, 气候变率, 十年可预测性, 白噪声, 欧洲冬季气候