耦合气候过程的 Granger 因果关系：海洋对北大西洋涛动的反馈

摘要 本研究采用 Granger 因果时间序列建模方法，定量诊断逼真的耦合环流模式（GCM）所模拟的每日海表面温度（SST）对每日北大西洋涛动（NAO）值的反馈。将双变量向量自回归时间序列模型仔细拟合至第三代 Hadley Centre 耦合海洋-大气 GCM（HadCM3）进行 50 年模拟所生成的冬季每日 SST 和 NAO 时间序列。该方法表明，SST 对 NAO 存在微小但具有统计学显著性的反馈。研究发现，与仅使用 NAO 既往值相比，SST 三极子指数能为 NAO 提供额外的预测信息——即 SST 三极子对 NAO 具有 Granger 因果关系。对局地 SST 的仔细分析表明，该效应的大部分归因于湾流区域（特别是 Cape Hatteras 以南）SST 的影响。SST 对 NAO 的效应导致了 NAO 滞后自相关在滞后 10 天以上时出现显著的慢于指数衰减的现象。若海洋对大气不存在反馈，SST 在每日 NAO 中引起的持续性会导致 NAO 的长期平均值比平均 NAO 噪声所预期的方差更大。NAO 中存在的长期趋势大于仅整合短期大气噪声所能预期的趋势，且在已知未来 SST 的前提下，NAO 具有潜在的可预测性。例如，由于 SST 的影响，NAO 冬季季节平均值的方差比 NAO 作为纯大气过程预期的方差高出约 10%–30%，NAO 年平均值的方差则高出近 70%。