更新时间：2023-11-13 22:53
北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO），全球三大气象涛动之一，是海、气相互作用的产物，指发生在北大西洋地区海平面气压场（冰岛低压和亚速尔高压）上南北方向持续反向振动的现象，通常用北大西洋涛动指数（NAOI）来表示其强度，20世纪20年代由英国科学家吉尔伯特环形山沃克（Gilbert Walke）首次提出。
受大气环流、海陆分布等因素综合影响，北大西洋海域极圈冰岛附近通常形成低压区，赤道亚速尔群岛附多为高压区。当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。当北大西洋涛动为正位相时，气压场表现为较强的副热带高气压带中心和较深的冰岛低压；负位相时，气压场表现为较弱的副热带高压和较弱的冰岛低压。学者们尚未明确北大西洋涛动的成因机制，已知其变化不仅与气候的自然变率有关，也与一些外部因素如太阳辐射、温室气体（主要为CO2）的增加、天文等有关。
在全球气候系统中，北大西洋涛动占有重要位置。其产生的波动可以扰乱北半球冬天的天气状况，令北半球的大部分地区更加寒冷；也可以将风暴引向北方，左右北欧和欧亚大陆的气温和降水模式；甚至，使得远离大西洋的东亚地区（如中国、韩国等）也遭到严寒天气的侵袭。
北大西洋涛动是全球三大气象涛动之一，是北大西洋对流层大气环流变化最显著的海气耦合模态。
北大西洋涛动是指发生在北大西洋地区海平面气压场（冰岛低压和亚速尔高压）上南北方向持续反向振动的现象，当北大西洋高压偏强（即气压升高）时，其北侧的冰岛低压也偏强（即气压下降）；反之，当北大西洋高压偏弱时（即气压下降），冰岛低压也偏弱（即气压上升）。
17世纪70年代，丹麦神父兼传教士汉斯·埃格德·萨巴耶（Hans Egede Saabye）首次观测到北大西洋涛动的现象。
随着19世纪后期月平均海平面气压图的使用，气象学家提出了大气活动中心的概念。大气活动中心的变化按它们之间的关系可以分成两类：一类是某些大气活动中心的活动有很强的独立性；另一类是相邻的两个大气活动中心之间存在很强的联系，表现为气压变化的反向相关。气压的这种“跷跷板”式的变化，称为大气涛动。
19世纪后期到20世纪初，欧洲科学家莱昂·泰瑟伦·德·博尔特（Léon Teisserenc de Bort）、雨果·希尔德布兰德·希尔德布兰德松（Hugo Hildebrand Hildebrandsson）、埃克斯纳（Exner）等注意到，北大西洋中纬度和高纬度近地面气压变化存在明显的关联。
20世纪20年代，英国科学家吉尔伯特·沃克进一步发展了大气活动中心的理论，提出了三大涛动，分别为北大西洋涛动、北太平洋涛动和南方涛动。
大气涛动把大气活动中心和局地的气候综合在一起，在天气气候学的研究中具有重要意义。20世纪30年代，中原地区气象学家涂长望系统地研究了包括北大西洋涛动在内的大气涛动同中国气候的关系。自20世纪90年代以来，世界各国学者揭示了北大西洋涛动与东亚气候联系的事实和机理，表明北大西洋涛动是影响东亚冬季风、夏季风以及极端天气气候事件的重要大气环流因子。
学者们试图解开北大西洋涛动的相关谜团，但尚未明确其成因机制。北大西洋涛动的变化不仅与气候的自然变率有关，也与一些外部因素如太阳辐射、温室气体（主要为CO2）的增加有关系。模式模拟研究也表明，1960年~2000年冬季北大西洋涛动强正位相的趋势更可能是自然变化而不是人为的影响。
若阿金·G·平托（Joaquim G·Pinto）与克里斯托夫·C·赖布勒（Christoph C·Raible）的研究表明，北大西洋涛动的物理机制假设不仅包括热带大气环流、平流层极地涡旋的强度、外部强迫（如太阳日照、积雪扩展、海洋表面温度和海冰异常），还包括内部动态大气过程。然而，北大西洋涛动指数长期变化的具体机制仍未明确。
阿迪利安奴·马扎雷拉（Adriano Mazzarella）与妮古拉·斯卡菲塔（Nicola Scafetta）的研究发现，自1650年以来，北大西洋涛动存在以60年周期的主导振荡这一特征。通过北大西洋涛动变化、时间及温度的记录进行比较发现，“综合北大西洋涛动”（INAO）与1650年以来的日长（LOD）和1850年以来全球地表海洋温度记录（SST）有很大的相关性。研究同时发现，“综合北大西洋涛动”的60年振荡与欧洲极光记录中发现的1700年以来的“60年振荡”也有很大相关性，表明北大西洋涛动受太阳、天文的影响。
罗德海研究团队的研究显示，北大西洋涛动和大气阻塞都是由行星尺度波与天气尺度波非线性相互作用产生的，研究理论解释了北大西洋涛动和大气阻塞的平均状态，但无法解释北大西洋涛动和大气阻塞的生命过程及其动力学机制。
北大西洋涛动存在南北气压差，低压区域在冰岛附近，高压区域在亚赤道的亚速尔群岛。当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强；冰岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。北大西洋涛动强时，表明两个活动中心之间的气压差大，北大西洋中纬度的西风强，为高指数环流；当北大西洋涛动弱时，表明两个活动中心之间的气压差比较小，北大西洋上西风减弱，为低指数环流。
北大西洋涛动会在正、负指数之间波动。伴随此变化，相关的大气活动中心关联区域的温度、风场、降水等会出现系统性、协调的变化。
正位相是指北大西洋涛动指数为正数，气压场表现为较强的副热带高气压带中心和较深的冰岛低压，两地之间的气压差变大。气压差的增大导致冬季风暴更多更强，且从更北的位置穿过大西洋。这导致北欧、美国东南部气温偏高、降水增加，北美大陆东北部及南欧地区气温偏低、降水偏少，北大西洋中高纬度区域海表温度（SST）呈现三极子型异常分布；同时，亚洲大陆中高纬度地区同期气温也显著偏暖。
负位相是指北大西洋涛动指数为负数，气压场表现为较弱的副热带高压和较弱的冰岛低压，两地之间的气压差缩小。冬季气压梯度的降低导致风暴偏少偏弱，主要以偏南且自西向东的路径穿过大西洋，把湿润的大气带到地中海，把冷空气送到欧洲北部。美国东海岸的冬季则会较为寒冷，降雪也较多，而格陵兰岛的气温更温和。
北大西洋涛动具有明显的季节变化，冬季特征更为显著。1990年~1930年主要为正位相，1931年至20世纪70年代中期为负位相，50年代至90年代北半球西风和北大西洋涛动指数的上升，以及19世纪末至90年代太平洋沃克环流的减弱，基本上已被近期的变化所抵消。自20世纪以来观测到的北大西洋涛动冬季振荡指数的年代际和多年代际变化具有很高的置信度，在过去500年的历史背景下有过先例。
北大西洋涛动指数（NAOI）是表示北大西洋涛动强度的标准化指标，是北大西洋涛动的定量表征指标。
最传统的北大西洋涛动指数是基于亚速尔地区和冰岛地区的站点资料建立的，使用站点之间的气压差来表征北大西洋涛动变化。也有研究将北大西洋涛动指数定义为直布罗陀海峡与冰岛西南部海面气压距平之差，后来随着观测资料和气象分析方法的发展，人们逐渐开始使用再分析资料来计算北大西洋涛动指数。较常用的是针对大西洋海区的海平面气压距平进行正交分解法（EOF），第一模态得出的即是北大西洋涛动的空间模态，其对应的时间序列即为北大西洋涛动指数。由于气压场观测资料时间的局限性，人们开始利用树木年轮、冰心等各种代用资料以尽可能地往前延长北大西洋涛动的时间序列。
其中，第5种用700 hPa高度场旋转主成分分析的时间系数来代表北大西洋涛动的变化，从物理概念上看不如其他4种直截了当的反应了气压的“翘翘板”关系，但是其反应了北大西洋涛动全年的变化情况，而1~4种定义最主要的问题都是使用固定站的气压，且只反映了冬季北大西洋涛动的状况，而实际上大气活动中心不仅强度在变化，冬季和夏季其位置更是有极大的差异。
北大西洋涛动主要影响的区域是北大西洋相邻地区，对海洋和陆地气候系统有较大的影响，气压的变化会引起欧洲、北美和北非的降雨和冬季气温变化。
在全球气候系统中，北大西洋涛动占有重要的位置，其扰乱了北半球冬天的天气状况，对北大西洋和周边地区的温度、降水、风暴活动等均有重要影响。北大西洋涛动在大尺度上调制了北美、北大西洋以及欧洲地区的与纬向和经向热湿输送，从而常导致从美国东部延伸到西欧和中欧的温度和降水模式的变化，从而对北美、北大西洋地区和欧洲地区的天气、气候产生重要影响。当北大西洋涛动指数为负数时会把急流（大气中的强风带）吹向更偏南处，并带走了温暖潮湿的天气，从而令北半球的大部分地区更加寒冷。
与此同时，高气压的南部边缘会推动非洲的沙尘向美洲移动。来自印度洋不断上升的高温扰乱了“北大西洋涛动的规律，进而影响了全球大气系统的年度行为模式。热带海域升温后，会带来更多的降水。这一过程会消耗大气中的许多热量，从而对下游几千千米之外的大气流动产生巨大影响，并为“北大西洋涛动”提供更多能量，把撒哈拉沙漠的沙尘带至美洲。
冬季，北大西洋涛动与北半球环流异常及区域气候变化之间存在密切关系，北大西洋涛动是影响环流变化的主要低频变化形式。春、夏、秋季北大西洋涛动仍然存在，只是强度较冬季有所减弱。
北大西洋涛动异常还可以影响欧亚大陆和东亚地区的天气和气候。北大西洋涛动的正负位相不仅可以影响到北美大陆东部和欧洲中西部的温度变化，还存在一个明显的与北大西洋涛动相关的地表温度异常，横跨欧亚大陆，从大西洋延伸到太平洋，造成东亚冬季风的年际及年代际变率以及亚洲大陆北部气温异常变化，其使得东亚地区（如中国、韩国等）也遭到严寒天气的侵袭。
北大西洋涛动的变化与中原地区冬、夏季天气和气候关系密切，中原地区处于与北大西洋涛动相关的环流系统下游，随着北大西洋涛动的增强和减弱，气温表现出冷暖异常。强北大西洋涛动指数年，副高偏强偏北，中国西南地区降水偏少，易出现一类和二类雨型，夏季中国绝大部分地区气温偏高。弱北大西洋涛动指数年则相反。但由于北大西洋涛动有很强的区域性，它与中国冬季气候变率关系尚存在很大的不确定性。
北大西洋涛动也会影响印度夏季风雨，大西洋风带强度的变化可以通过高、低环流指数交替变化，联系到亚洲阻塞高压的强度和位置，从而影响印度夏季风降水。
北大西洋涛动对动物种群影响具有广泛性，涉及鸟、兽、两爬和昆虫等类群，且遍布全球各大洲。在类群上，北大西洋涛动正位相时更多鸟类种群有增多趋势。在作用强度上，北大西洋涛动正、负位相分别对哺乳纲、昆虫的影响显著，有81种动物种群与北大西洋涛动存在兼具正负作用的非单调关系。在地域上，北大西洋涛动对动物种群的影响局限在北美和西欧。
北大西洋涛动带来一系列海洋大气过程变化。比如，西风加强可以给欧洲带来温暖湿润的冬季，利于农作物生长，在北大西洋指数变化过程中，这种跷跷板式的变化过程会对农业产生重要影响。在1961至2010年间，全球三分之二耕地的作物生产力至少受到一次大规模气候振荡的明显影响，而北大西洋涛动主要对欧洲大部、北非和中东等地区的粮食生产具有显著影响。当大西洋的气压差异很大时，欧洲的农作物生产力较平均水平降低2％。其中西班牙和巴尔干半岛地区受到的影响尤其大，作物产量下降幅度高达10％。北非和中东地区的作物生产力下降6％。在北大西洋涛动的另一相位，当气压差较小时，同一地区的作物产量有所提升。同时，西北大西洋的整个气候在来自北极的干冷空气影响下，气候变冷，在北美随之产生白毛风和冻雨等自然灾害，导致交通瘫痪、电力中断等问题。
北大西洋涛动具有明显的季节性和年际变化，正负位相模式持续较长期（几个月）很常见。冬季北大西洋涛动也表现出显著的几十年变化性，例如，从20世纪50年代中期到1978/79年冬季，在这期间有四个显著的时期（每个时期至少三年），负位相占主导地位，而正位相不明显。在季节平均值中只观察到三次正位相，而且它从未连续两年出现。
随后在1979/80年冬季，北大西洋涛动突然过渡到反复出现的正位相，至1994/95年冬季一直保持这种模式。在此期间，负位相只出现了两次（1984/85年和1985/86年的冬季）。然而，1995年11月至1996年2月，北大西洋涛动又回归到强负位相。
美国气候预报中心（CPC）北大西洋涛动进行了监测并公布北大西洋涛动指数，该指数是对500 hPa月平均位势高度场旋转经验正交函数分解（REOF）得到，主模态对应的时间序列作为北大西洋涛动指数。美国气候预报中心公布的逐月北大西洋涛动指数，每一天的数值都是根据1950年至2000年期间每月北大西洋涛动指数的标准差进行标准化而得出的数值。其中，2022年，北大西洋涛动指数在冬季为正位相，在春季和夏季均维持正位相，秋季转为弱的负位相。
1998年，美国气象学家D·W·J·汤普森（D·W·J·Thompson）和J·M·华菜士（John M·Wallace）对北半球热带外大气环流的分析发现，冬季大气环流最主要的模态表现为整个中纬度与高纬度之间气压的反向变化，从地面到平流层低层都是显著的，呈准正压结构。此模态在高纬度地区的中心主要在北极地区，因此称为北极涛动（Arctic Oscillation，AO），即发生在极区和中纬度地区大气压波动的正负跷跷板现象，这种变化会广泛影响北半球的天气。
关于北极涛动与北大西洋涛动是否独立，学术界存在不同的观点。以华菜士为代表的一些学者认为，北极涛动与北大西洋涛动是同一事物在不同侧面的两种表现，实际上反映大气质量在不同纬度带的再分配及中纬西风的强弱，是一个行星尺度的现象。只不过北极涛动的空间尺度更大，而北大西洋涛动是其在北大西洋区域的表现。它们的位相和强弱，是表征大气基本环流形势的重要的判据和指标。北大西洋涛动指数与北极涛动指数的时间序列有很高的相似性，因此北大西洋涛动、北极涛动及北半球环状模的名称和指数时间序列常常相互混用。
北大西洋涛动与大西洋-欧洲阻塞对局地甚至整个北半球的气候都有非常显著的调节作用（如极冷事件和热浪事件），相关研究从准两周尺度上详细揭示了北大西洋涛动的位相对欧洲阻塞时空分布的影响，同时解释了北大西洋涛动对欧洲阻塞年代际分布变化的贡献，并通过弱非线性北大西洋涛动和阻塞的理论模型从数值模拟上给予了证明。
相关研究指出热带北大西洋海温与厄尔尼诺暖流南方涛动（ENSO）关系的多年代际变化主要受北大西洋涛动调制。该研究将热带北大西洋海温与ENSO关系的多年代际变化归因于北大西洋涛动的多年代际变化，而不是北大西洋多年代际涛动（AMO）或大西洋长期变暖趋势，使人们能更好地了解大西洋和太平洋之间的跨海盆间相互作用。
研究人员研究了北大西洋涛动如何影响大西洋经向翻转环流和海洋热量输送，及这种影响在北半球气候快速变化中的作用。气候模型显示，北大西洋涛动的年代际变化可引起大西洋经向翻转环流和大西洋极地海洋热量输送的年代际变化，且可一直延伸至北极。该研究表明，这些变化已经造成了北冰洋冰快速消融以及北半球气候变暖，并改变了大西洋热带风暴活动，尤其是在20世纪90年代末和21世纪初。这些年代际变化再加之长期的人为强迫趋势，是北极海冰长期损失和北半球变暖的主要因素。
2010年，北美洲、欧洲和亚洲天气严寒，北大西洋涛动被视为主要原因。一层罕见的冷水在海洋积聚，冷却空气，造成天气形势的发展受到阻碍，围绕格陵兰的大片区域成了高压区，朝向属亚热带气候的亚速尔群岛的区域则成了低压区。