南、北半球通过大气环流和洋流，及其伴随的物质和能量的输送，相互影响并连接成为统一的有机整体。作为南半球热带外环流变率的主导模态，南半球环状模（Southern Hemisphere Annular Mode，简称SAM）在经向方向具有全球尺度的活动特征，纬向方向覆盖南半球热带外数十个纬度。这种大尺度活动特征，决定了SAM的气候影响不仅仅局限于南半球。深入研究SAM对北半球气候，尤其是对北半球降水、气温等气候要素的跨季节影响，不仅有助于加深关于南、北半球相互作用的认识，同时也能为北半球气候异常成因分析和短期气候预测提供新视角。本文围绕SAM对北半球气候的跨季节影响这一核心问题，综合采用统计分析、动力诊断和数值模拟等方法，发现了前期秋季SAM与北半球冬季降水、春季SAM与随后南海夏季风，以及赤道中太平洋海温之间存在跨季节关系的观测事实，阐述了“海气耦合桥”过程在其中起到的纽带作用。在明确物理机制的基础上评估了CMIP5模式对“海气耦合桥”过程的模拟能力，并且建立了具有物理基础的基于春季SAM的南海夏季风季节预测模型。主要结论如下:　　[1].运用“海气耦合桥”理论，解释了前期秋季SAM引起北半球冬季降水呈现纬向带状“三极子”响应的物理机制。　　秋季SAM正异常导致45°S以南西风增强，30-45°S之间西风减弱。纬向风异常通过影响海气热量交换和经向海洋Ekman输送，将SAM的信号储存在南大洋“偶极子”型海温中（Southem Ocean dipole，简称SOD），并通过海温的“记忆”特性将信号持续到冬季，进而改变海温经向梯度和局地斜压性，诱发异常的涡旋活动。经圈环流做出相应调整，使得非绝热冷却（上升）/加热（下沉）平衡与SOD相联系的涡旋热通量辐合/辐散。观测和模式模拟的结果均表明，强（弱）的秋季SAM对应北半球经圈环流的加强（减弱）。这种垂直速度的异常配置，配合有利的水汽条件，引起北半球热带和中纬度地区降水偏多，副热带地区降水偏少。在此过程中SOD扮演“海洋桥”的角色，经圈环流扮演“大气桥”的角色。　　在参与评估的25个CMIP5模式中，有16个模式能够基本再现秋季SAM和北半球冬季降水的跨季节关系。模式能否成功再现这一跨季节关系的关键在于对“海气耦合桥”过程的模拟能力。在这一问题上表现较好的模式，基本上能够合理的刻画整个“海气耦合桥”过程，而对该问题没有模拟能力的模式，则对SOD的变率以及持续性的模拟性能不足，进而导致随后对垂直速度和降水的模拟能力有限。　　[2].阐明了前期春季SAM通过“海气耦合桥”调控南海夏季风的物理机制。　　当春季SAM正位相时，同期南太平洋海温出现“偶极子”型异常，并能够持续到夏季。观测和模式结果均表明，这一海温异常有利于澳大利亚东部附近副热带急流减弱，并且通过环流调整在整个太平洋上空流场上出现“三极子”型的气旋反气旋切变。高层流场的变化通过辐合辐散影响垂直运动，在南海地区出现异常的下沉运动，削弱季风环流的上升支。异常信号向低层传播导致对流层中、低层出现与南海季风盛行风向相反的异常气流，进而导致南海季风减弱。在整个物理过程中南太平洋海温“偶极子”存储SAM的异常信号并传递到夏季，扮演了“海洋桥”的角色。南太平洋副热带急流和流场上横跨太平洋的经向“三极子”波列则进一步将异常信号跨赤道向南海季风区传播，扮演了“大气桥”的角色。　　根据以上物理联系，建立基于春季SAM和前冬ENSO的南海夏季风预报模型。由于该模型具有清晰的物理基础，因此能够对南海夏季风的强弱给出较好的判断。尤其是进入2000年以后，南海夏季风的预报效果与实测的符号一致率可以达到73％。采用不同方法检验模型的预报效果表明，该模型预报性能稳定，预报技巧高，能够为南海夏季风的提供具有一定指导意义的预报。　　[3].发现了春季SAM与随后冬季热带中太平洋海温之间的反位相变化关系，并解释了其物理机制。　　春季SAM与随后冬季Modoki之间存在显著的负相关关系，即春季SAM正（负）位相时，随后赤道中太平洋地区海温偏低（高）。可能的物理机制包括:当春季SAM正位相时，热带外东南印度洋出现暖海温异常，有利于在澳大利亚西北部对流活动偏强，降水偏多，对应的非绝热加热能够引起其东部Kelvin波响应。首先在赤道135°E附近出现东风异常，随着时间推移，东风异常进一步向东发展，并最终到达赤道中太平洋地区。赤道地区这一东风异常通过风蒸发反馈和调节海洋次表层过程，导致在赤道中太平洋地区出现冷海温异常。因此热带外东南印度洋在前期春季SAM与随后赤道中太平洋海温的跨季节关系中扮演了重要的“桥梁”作用。