（气象学专业论文）对流层准两年振荡tbo对enso的影响.pdf

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。本论文除了文中特别加以标注和致谢的内容外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。其他同志对本研究所做的贡献均已在 论文中作了声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 点兰兰 关于论文使用授权的说明 南京信息工程大学、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 杂志社、中国科 学技术信息研究所的中国学位论文全文数据库有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，并通 过网络向社会提供信息服务。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京信息工程大学研究 生院办理。 口公开口保密(年月) ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协 议) 学位论文作者签名：生 竺皇 指导教师签名： 签字日期： 兰：堑! ! 签字日期：猃丛扯 目录 摘要i a b s t r a c t ：i i 第一章绪论1 1 1 j ；j 言1 1 1 1t b o 概述1 1 1 2t b o 的本质。l 1 1 3t b o 与其他系统的相互作用2 1 2t b o 的研究进展3 1 2 1 关于季风强度的准两年周期变化：3 1 2 2 降水的准两年周期振荡4 1 2 3 其它一些气象气候要素和天气系统的t b o 4 1 2 4t b o 的年代际变化5 1 3 ；o 研究存在的问题5 1 4 研究目的和意义6 1 5 研究的主要内容6 1 6 研究的创新之处6 第二章资料和方法7 2 1 资料说明7 2 2 方法说明7 2 2 1 线性相关7 2 2 2 功率谱8 2 2 3 密孽波10 2 2 4 经验正交函数分解( e o f ) 1 1 2 2 5 线性趋势分析12 第三章t b o 的垂直结构特征。1 4 3 1 弓l 言1 4 3 2 南海地区对流层大气各气候变量的准两年特征1 4 3 2 1 功率谱分析1 4 3 2 2 滤波结果1 5 3 2 3 各气候变量准两年变化之间的位相关系1 7 3 3 西北太平洋地区对流层准两年振荡垂直结构特征1 7 3 3 1 功率谱分析。1 7 3 3 2 滤波结果1 7 3 3 3 各气候变量准两年变化之间的位相关系。1 8 3 4 东南印度洋地区对流层准两年振荡垂直结构特征1 8 3 4 1 功率谱分析1 8 3 4 2 滤波结果1 8 3 4 3 各气候变量准两年变化之间的位相关系1 8 3 5 海洋大陆地区对流层准两年振荡垂直结构特征。l8 3 5 1 功率谱分析1 8 3 5 2 滤波结果1 9 3 5 3 各气候变量准两年变化之间的位相关系1 9 3 6 各地区对流层大气准两年振荡的位相关系。1 9 3 6 1 南海与西北太平洋各气候变量之间的位相关系1 9 3 6 2 南海与东南印度洋各气候变量之间的位相关系1 9 3 6 3 南海地区与海洋大陆各气候变量之间的位相关系2 0 3 6 4 海洋大陆与东南印度洋各气候变量之间的位相关系。2 0 3 6 5 海洋大陆与西北太平洋各气候变量之间的位相关系2 0 3 6 6 各地区气候变量准两年振荡的传播方向2 0 3 7 结论2 2 第四章t b o 影响e n s o 的主要过程。2 4 4 1 弓i 言：- l 4 2 南海夏季风准两年振荡相关的海洋大气相互作用及其对e n s o 的影响2 5 4 3 结论2 6 第五章亚印太交汇区t b o + e n s o 耦合模态影响东亚地区降水的机理。2 8 5 1 弓l 畜2 8 5 2 亚印太交汇区海表温度的分布和变化特征及其对东亚降水的影响。2 9 5 2 1 第一模态的特征及影响2 9 5 2 2 第二模态的特征及影响3l 5 3 本章小结3 2 第六章结论和讨论3 4 6 1 全文总结：3 4 6 2 讨论3 6 致谢3 7 参考文献3 8 个人简介。4 5 论文附图。4 6 t b o 是大气环流和气候年际尺度变化的一种非常显著而重要的信号，不仅 同对流层环流及环境有直接联系，而且对全球天气气候的演变有一定的影响， 是国际季风研究关注的主题之一。而e n s o 是最强的海气耦合系统，对我国乃 至全球天气气候都有重要影响。理解e n s o 和t b o 相互作用过程，特别是t b o 如何调制e n s o ，将有助于提高短期气候预测的准确性。本文利用n c e p n c a r 和e c m w f 月平均再分析资料、e i 塔s t v 3 逐月海表温度资料、s o d a 逐月斜温 层资料和p r e c 降水资料，通过功率谱、滤波、相关和e o f 分析方法，对对流 层准两年振荡( t b 0 ) 对e n s 0 的影响进行了研究。 本文首先对西北太平洋，1 2 0 1 6 0 0 e ，5 2 0 0 n ；南海，1 0 5 1 2 0 0 e ，5 - 2 0 0 n ： 东南印度洋，9 0 1 0 0 0 e ，1 5 0 s 5 0 n 和海洋大陆，1 0 0 1 2 0 0 e ，1 0 0 s 1 0 0 n 的平均 时间序列的气候变量( 包括风、温度、比湿、位势高度、气压垂直速度) 进行 了功率谱分析( 整个垂直方向，从1 0 0 0h p a 1 0 0h p a ，比湿从1 0 0 0h p a 3 0 0h p a ) ， 证明了各地区各气候变量准两年振荡具有显著性( 东南印度洋和海洋大陆v 变 量除外) 。同时，对各地区各气候变量准两年之间的位相关系以及各气候变量的 传播方向也进行了研究。 接着，本文以南海夏季风的t b o 为研究对象，研究了t b o 对e n s o 的影 响，得出与南海夏季风准两年变化相关的海气相互作用在整个热带印度洋和太 平洋都有表现。热带北印度洋和中东太平洋的海温异常与南海夏季风在准两年 尺度上各存在一个正反馈过程。相反，在j j h ( 0 ) ，中东太平洋的正反馈过程主 要只有一个，而负反馈过程有两个。 亚印太交汇区( j o i n i n ga r e ao f a s i aa n di n d i a n - p a c i f i co c e a n ，a i p o ) 区是影 响我国短期气候变异的关键海气相互作用区。本文最后探讨了a i p o 区s s t 的 时空分布及其对东亚降水的影响。 a i p o 区s s t 的主要模态有两个，一个是全区型，另一个是东西分布型。 全区型s s t 有明显的上升趋势。e o f l 型的年代际周期显著，并对北太平洋s s t 的变化有重大影响。e o f 2 型的s s t 异常以年际周期为主，有准两年和和5 年 的变化。n i f i 0 3 4 区s s t 对e o f 2 型的s s t 异常有显著作用。e o f 2 型的海温异 常会导致西北太平洋地区降水及东北和华北地区降水异常，是中国北方降水异 常重要的前兆信号。a i p o 区s s t 的e o f l 和e o f 2 型异常都对中国降水有重要 影响，而且提前量可以达1 2 个月之多，是进行降水年际尺度预测的重要指标。 关键词：气候学，准两年振荡，厄尔尼诺南方涛动( e n s o ) ，海气相互作用 a b s t r a c t t r o p o s p h e r i cb i e n n i a lo s c i l l a t i o n ( t b o ) i sav e r ys i g n i f i c a n ta n di m p o r t a n ts i g n a l o fa n n u a l s c a l ea t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na n dc l i m a t ec h a n g e ，a n di so n eo ft h et h e m e s o ft h ei n t e r n a t i o n a lm o n s o o ns t u d y e ln 盗0 s o u t h e r no s c i l l a t i o n ( e n s o ) i st h e s t r o n g e s to c e a n - a t m o s p h e r ec o u p l e ds y s t e mt h a ts i g n i f i c a n t l yi m p a c t st h ew e a t h e r a n dc l i m a t ei no u rc o u n t r ya n dt h ew o r l d 髓l es o m es t u d i e sh a v ef o c u s e do nt h e e f f e c t so fe n s oo nt b o 。u n d e r s t a n d i n gt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e ne n s 0a n dt b o ， e s p e c i a l l yi nt e r m s o fh o wt b om o d u l a t e se n s o ，w i l lh e l pi m p r o v et h ea c c u r a c yo f s h o r t - t e r mc l i m a t ep r e d i c t i o i l s u s i n gn c e p n c a ra n de c m w fr e a n a l y s i s m o n t h l ye x t e n d e dr e c o n s t r u c t e ds e as r r f a c et e m p e r a t u r e ( e r s s t ) v e r s i o n3 0 ( e r s s t v 3 ) d a t a , m o n t h l yt h e r m o c l i n el a y e rd a t ab a s e do ns i m p l eo c e a nd a t a a s s i m i l a t i o n ( s o d a ) ，a n dt h ep r e c i p i t a t i o nr e c o n s t r u c t i o nd a t as e t , t h ee f f e c t so f t b oo ne n s ow e r es t u d i e dw i t hp o w e rs p e c t r a l ，f i l t e r i n g , c o r r e l a t i o n , a n de o f a n a l y s e s p o w e rs p e c t r a la n a l y s i sw a su s e dt op r o v es i g n i f i c a n tq u a s i - b i e n n i a lo s c i l l a t i o n s i nt h ea v e r a g et i m es e r i e s ( i n c l u d i n gw i n d ，t e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y , g e o p o t c n t i a l h e i g h t , a n dp r e s s u r ev e r t i c a lv e l o c i t y ) o fa l lt h ec l i m a t ev a r i a b l e so v e rt h e n o r t h w e s t e mp a c i f i c ，1 2 0 0 1 6 0 0 e ，5 - 2 0 a n ；s o u t hc h i n as e a , 1 0 5 _ 1 2 0 0 e ，5 - 2 0 a n ； s o u t h e a s t e r ni n d i a no c e a n , 9 0 - 1 0 0 0 e ，1 5 0 s - 5 a n ；a n dm a r i t i m ec o n t i n e n t , 1 0 0 1 2 0 0 e ，1 0 0 s - 1 0 0 n ( t h ev e r t i c a ld i r e c t i o n , f r o m1 0 0 0 - - 1 0 0h p 如s p e c i f i c h u m i d i t yf r o m10 0 伊3 0 0h p 钆e x c e p tf o rt h evv a r i a b l eo v e rt h es o u t h e a s t e r ni n d i a n o c e a na n dm a r i t i m ec o n t i n e n t ) ，n 他p h a s er e l a t i o n s h i p so ft h eq u a s i - b i e n n i a l o s c i l l a t i o n so f a l lt h ec l i m a t ev a r i a b l e si na l lr e # o n sw e r ea l s os t u d i e d t h e1 1 3 0o ft h es o u t hc h i n as e as u m m e rm o n s o o n ( s c s s m ) w a sa l s ou s e dt o s t u d yt h ee f f e c t so ft b oo ne n s o a n s e ai n t e r a c t i o n so b t a i n e d , w h i c ha r e a s s o c i a t e dw i t hs c s s mq u a s i - b i e n n i a lc h a n g e s ，s h o w e di n f l u e n c e si nb o t ht h e t r o p i c a li n d i a no c e a na n dt h ep a c i f i c e a c ho ft h es s ，i ：a si nt h et r o p i c a ln o r t h e r n i n d i a no c e a na n dt h ee a s t e r nc e n t r a lp a c i f i ci n c l u d eap o s i t i v ef e e d b a c kp r o c e s s w i mt h es c s s mo naq u a s i - b i e n n i a ls c a l e i nc o n t r a s t , o n l yo n em a j o rp o s i t i v e f e e d b a c ki sf o u n di nt h ee a s t e r nc e n t r a lp a c 逾c t w on e g a t i v ef e e d b a c kp r o c e s s e sa r e f o u n dh e r ea sw e l l t h e j o i n i n ga r e ao ft h ea s i aa n di n d i a n - p a c i f i co c e a n ( a m o ) i sak e ya i r - s e a i n t e r a c t i o na r e at h a ta f f e c t ss h o r t - t e r mc l i m a t ev a r i a b i l i t y 田舱s p a t i a l - t e m p o r a l d i s t r i b u t i o no fs e as u r f a c et e m p e r a t u r e si nt h ej o i n i n ga r e ao ft h ea i p oa n di t s i m p a c t so np r e c i p i t a t i o ni ne a s ta s i aa r ed i s c u s s e di nt h en e x ts e c t i o n 1 1 1 e r ea r et w om a i ns s tm o d e si nt h ea i p o ：t h ef i r s ti sa na 1 1 r e g i o nt y p e a n d t h es e c o n di st h ee a s t e r na n dw e s t e r nd i s t r i b u t i o np a r c m a i lr e g i o n - t y p es s i sh a v e ac l e a ru p w a r dt r e n d 。功ed e c a d a lc y c l eo fe o f1i ss i g n i f i c a n ta n dh a sa s i g n i f i c a n t i m p a c to ns s tc h a n g e si nt h en o r t h e r np a c i f i c s s ta n o m a l i e so fe o f 2a r em a i n l y o b s e r v e di nt h ea n n u a lc y c l e ，s h o wv a r i a t i o n si nq u a s i b i e n n i a lo s c i l l a t i o n , a n dl a s t f o r4 - 5y e a r s t h es s ti nt h en i f i o - 3 4r e g i o nh a sas i g n i f i c a n te f f e c to nt h es s t a n o m a l i e so fe o f 2 t h es s ta n o m a l i e so fe o f 2l c a dt op r e c i p i t a t i o na n o m a l i e si n t h en o r t h w e s t e r np a c i f i ca n dn o r t h e a s ta n dn o r t hc h i n a s u c ha n o m a l i e sa r e i m p o r t a n tp r e c u r s o rs i g n a l so fp r e c i p i t a t i o na n o m a l i e si nn o r t b e mc h i n a t h es s t s o ft h ee o fla n de o f 2i nt h ea i p o r e g i o nh a v ei m p o r t a n ti n f l u e n c e so n p r c c i p i t a t i o ni nc h i n a , t h ea m o u n to fw h i c hc a nb ea c h i e v e db ya sm u c ha s1 2 m o n t h si na d v a n c e n l i si sa ni m p o r t a n ti n d i c a t o ro ft h ea n n u a l s c a l ep r e c i p i t a t i o n f o r e c a s t k 呵w o r d s ： c l i m a t o l o g y , q u a s i - b i e n n i a lo s c i l l a t i o n ，e l n i f i o s o u t h e r n o s c i l l a t i o n ( e n s o ) ，a i r - s e ai n t e r a c t i o n i n 显的准两年周期振荡，称之为对流层准两年振荡( t r o p o s p h e r i cb i e n n i a lo s c i l l a t i o n ， t b 0 ) 。 t b o 的研究从2 0 世纪8 0 年代兴起聆1 ，初期研究侧重于揭示对流层各种气候变量的准两 年周期。如w a l s h 和m o s t e r k 在分析美国气候异常的过程中，不仅发现降水的准两年周期 变化，还发现了美国地面气压和气温也都有准两年的周期振荡。其他的气候变量，诸如北 半球地面气压嘲、热带纬向风和海面温度肺1 、副高脊线纬度位置和副高强度h 1 、5 0 0 h p a 位势 高度异常场嘲、近赤道上空的气温悖】、全球及南北半球平均气温n 玎的准两年变化特征也被 陆续揭示出来。随着亚洲季风研究的不断深入，与亚洲季风有关的准两年周期振荡也得到 了大量的研究【协1 5 1 。科学家们还发现季风是t b o 形成的重要因子 1 6 , 1 7 在发现t b o 后不久，科学家们就尝试解释这种现象，提出了各种理论。我们可以将 t b o 机制大致分为三类：第一，平流层准两年振荡( q b o ) 的强迫【1 8 - 2 0 ；第二，热带和 中纬度的相互作用【 2 1 】；第三，海陆气相互作用瞄 2 3 】。其中第三类中多数研究者更强调 海气耦合过程，特别是将t b o 与e ln i 石o - - s o u t h e mo s c i l l a t i o n ( e n s o ) 联系在一起 2 4 , 2 5 】。 1 1 2t b o 的本质 2 0 0 0 年，c h a n g 和l i 嘲通过观测资料的分析建立了5 箱模式( 5 箱分别代表南亚季风 区、澳大利亚季风区、赤道印度洋、赤道西太平洋，赤道东太平洋) 。该模式计算了各区域 的海气相互作用及之间的相互作用，最终模拟出了海表温度( s s t ) 和降水的两年周期变 化。c h a n g 和l i 2 6 研究指出，t b o 是季风与热带印度洋和太平洋相互作用的结果，是热带 海- 气相互作用系统的重要组成。5 箱模式虽然模拟出海气耦合过程的t b o 循环，但是模 式对北半球冬、春和秋季的s s t 扰动振幅及北半球夏季西太平洋s s t 扰动的符号变化及延 迟非常敏感口7 1 ，若参数设计不合适，将模拟不出两年周期变化。此外，文献【2 6 】和【2 7 】中都 没有考虑南海厂西北太平洋季风的作用，为此，z h e n g 等 2 8 】在5 箱模式的基础上加入了南海 厂西北太平洋季风模块，设计了6 箱模式。6 箱模式同样也能模拟出t b o 循环，可见南海 西北太平洋季风是t b o 海气系统的重要组成部分，不应该将其忽略以上研究都表明t b o 很可能是一种海气耦合系统，关键因子是亚洲澳大利亚季风、赤道印度洋和太平洋s s t 。 虽然c h a n g 和l i 【2 4 】提到t b o 是区别于e n s o 的，但是不论是5 箱模式 2 6 , 2 7 1 还是后来的6 箱 模式【2 8 】都涉及到赤道东太平洋的海气耦合过程。因此，前面提到的t b o 海气耦合过程难 南京信息工程大学硕士学位论文 以与e n s o 区分开来。2 0 0 6 年，l i 等1 2 9 1 利用季节关联经验正交函数( s e a s o n a l s e q u e n c e e m p i r i c a lo r t h o g o n a lf u n c t i o n ，s s e o f ) 对观测资料进行印度洋太平洋暖海区的t b o 循环 分析。结果表明，与t b o 相关的对流活动中心位于东南印度洋和西北太平洋，伴随第一斜 压模结构的反气旋，气旋异常。同时，l i 等还利用一个耦合环流模式探讨了暖海区t b o 的形 成机理。数值模式结果显示，在排除了中东太平洋海气耦合之后，热带暖海区的海气相 互作用可以独立支持t b o 循环，而且与观测结果接近暖海区t b o 循环的关键过程包括与 越赤道气流相关的西北太平洋季风变率、东南亚，海洋大陆的对流活动及相关的异常w a l k e r 环流、西太平洋异常风应力涡度的海洋动力响应与l i 等1 2 9 不同，z h e n g 等【3 0 】在2 0 0 8 年提 出的t b o 暖海区海气耦合过程中，对流并不是关键因子而是耦合过程的产物。根据前面的 一些研究结果，我们认为t b o 很可能是一种区别于e n s o 的海气耦合系统，印度洋太平洋 暖海区的海气相互作用过程可以独立支持t b o 的循环 1 1 3t b 0 与其他系统的相互作用 影响t b o 最显著的气候系统是e n s o 。郑彬等【3 l 】分析了亚洲季风各子系统的周期变化 特征，结果表明各子系统都具有e n s o 的准4 年周期与t b o 的准两年周期。对南亚季风和 东亚季风而言，准两年周期比e n s o 周期更显著，而南海厂西太平洋季风则是e n s o 周期更 突出。c h o u 等【3 2 】的研究表明，在e l n i f i o ( l a n i f i a ) 的发展年通常是强( 弱) 西北太平洋 夏季风，主要影响因子是东太平洋的海温异常，而对应e 1n i f i o ( l an i f i a ) 的衰减年则通 常是弱( 强) 西北太平洋季风，主要强迫是e n s o 成熟位相时的西太平洋海温异常。2 0 0 6 年，刘秦玉等【3 3 】建立了一个e n s o 和热带西太平洋准两年振荡( q b o w p ) 相互作用的概 念模式，模式中e n s o 对q b o w p 的影响是通过w a l k e r 环流来实现。数值试验结果表明， e n s o 对西太平洋作用加强时，可以改变远西太平洋大气的周期，2 年周期受到抑制，使 其成为受迫的3 5 年周期的变化。当然，准两年振荡也会影响e n s o ，它主要是通过k e l v i n 波和w a l k e r 环流来实现的。当q b o w p 和e n s o 相互作用加强时，有利于改变东太平洋气 候变动从自由e n s o 振荡到受迫两年振荡，3 5 年的周期变化被抑制，两年周期变化加强 对t b o 有影响的另一个气候系统是平流层准两年振荡( q b o ) 。郑彬等p 4 】利用美国大 气研究中心( n c a r ) 的s o c r a t e s ( s i m u l a t i o no fc h e m i s t r y , r a d i a t i o n , a n dt r a n s p o r to f e n v i r o n m 钮l t a l l yi m p o r t a n ts p e c i e s ) 中层大气模式模拟了q b o 对对流层顶和平流层上层的 影响，并结合美国环境预报中心( n c e p ) 和欧洲中心再分析资料和观测的探空资料，探讨 了平流层q b o 对南海夏季风强度的作用。研究结果表明：平流层q b o 会在平流层中引起 异常的环流( 余差环流) ，而且余差环流会向下传播影响对流层顶和对流层的热带垂直气 流主要在平流层q b o 位相的中后期和位相转换期。西风位相中后期及向东风位相的转换 期，影响对流层顶和上层的是异常下沉气流；而东风位相中后期及向西风位相的转换期， 影响对流层顶和上层的是异常上升气流；q b o 位相的前期是异常垂直气流转换的过渡期， 平流层q b o 对对流层的影响不大。在南海夏季风期间，平流层q b o 西风位相，在对流层 热带激发出异常环流，与南海夏季风环流相反，在南海地区有显著的异常下沉气流，对南 海夏季风有削弱作用，即当年有相对弱的南海夏季风。而东风位相时，在对流层热带激发 出反h a d l e y 型异常环流，在南海地区有明显的异常上升气流，对南海夏季风环流有加强作 2 第一章绪论 用，即当年的南海夏季风偏强，如图1 1 图1 1 平流层q b o 影响对流层的示意图( 来自文献 3 4 】) 1 21 b o 的研究进展 对流层由于有各种的天气过程以及与其它圈层的明显相互作用，使得对流层准两年周 期变化的研究比平流层复杂得多。其中最明显的区别就是对流层中不仅有大气环流的准两 年变化，许多气候要素，甚至天气过程都有准两年周期振荡的现象。另外，研究结果表明， t b o 还具有明显的年代际变化 1 2 1 关于季风强度的准两年周期变化 由于季风活动与人民生产生活密切相关，因此从古到今一直是人们关心的话题，当然 今天对季风的理解与古代自是不可同日而语。虽然我们对季风已有更多的了解，但是仍有 许多问题有待我们深人研究，其中关于季风强度的年际变化就是非常值得我们研究的课题。 1 9 9 7 年，m o e h l t 3 s 曾经给出一个关于季风强度t b o 的定义：一年相对强的季风，紧接着一 年相对弱的季风，反之亦然，这种变化即是t b o 。他还指出，与其说这是一种振荡，倒不 如说是一种变化趋势y a s u n a r i 则认为亚洲季风与e n s o 海气系统之间的关系密切，应该 将它们统一起来作为一个系统p 叼，即季风一大气一海洋系统( m a o s ) ，他还进一步指出 m a o s 具有明显的准两年周期振荡的特性【3 7 】邹力等 3 8 1 的研究也表明，东亚季风存在明显 的准两年振荡，并通过激发热带太平洋上空的强对流对e n s o 循环产生影响。 关于t b o 型季风的强弱转换机制，目前的观点比较一致，那就是海一陆气相互作用 的结果，而m e e h l 和a r b l a s t e r 等【3 9 a 0 通过观测资料的分析及敏感性试验指出：海气相 互作用( 主要指印度一太平洋地区) 对t b o 的贡献要大于陆气相互作用( 主要指南亚地 区) y a s u n a r i l 4 l 】认为夏季风是热带季风海气耦合系统中的活跃成员，弱( 强) 的夏季风会 有利于从夏到冬的热带太平洋e ln i f i o ( l a n i f i a ) 的发展，随后通过波的传播导致东半球中 纬度高( 低) 指数的发展，与其相应的是弱( 强) 冬季风和冬春亚欧大陆雪盖面积的减小 ( 增加) ，进而导致强( 弱) 夏季风的发生，从而形成季风强度的t b o 型转换。c h a n g 和 l i l 4 2 也指出t b o 是北半球夏季风和冬季风与热带印度洋和太平洋相互作用的结果，是热带 海气相互作用系统的重要组成，但又不同于e n s o 海气系统。最近，y u 等【4 3 】利用一个藕 合海气的大气环流模式( g c m ) 进行模拟试验，结果表明，当模式中耦合了太平洋的相互 作用后，印度澳大利亚夏季风系统是同位相的t b o 转换，即强( 弱) 的印度夏季风对应 的是强( 弱) 的澳大利亚夏季风；当模式中考虑印度洋的相互作用后，印度澳大利亚夏 季风系统则是反位相的t b o 转换。l o s c h n i g g 等 4 4 】则利用了n c a r 的气候系统模式( c s m ) ， 模拟结果指出，耦合的海气动力作用和越赤道热量的输送通过影响印度洋的热容量并导 致多个季节的海温异常，从而影响e n s o 季风系统的年际变率和两年周期，而这正是t b o 形成的关键因素。上述结论都是针对印度季风而言的，对东亚季风来说，l i 等【4 5 】认为异常 东亚冬季风与e n s o 循环的相互作用是t b o 的基本原因。持续的强( 弱) 东亚冬季风通过 海气相互作用可以激发e ln i f i o ( l a n 访a ) ，而e 1n i f i o ( l a n i f i a ) 又通过遥相关或遥响 3 环，从而改变大气内部加热源( 汇) 的强度；另外他还指出中国降水对欧亚雪盖准两年周 期变化会产生显著的低频响应。 1 2 3 其它一些气象气候要素和天气系统的t 加 除了降水和季风强度的 1 3 3 0 ，人们还发现了其它一些气候要素和天气系统的t b o 1 9 7 1 年，j a m e s 6 h 在北半球海平面季节气压的功率谱中发现明显的准两年周期。之后，w a l s h 和m o s t e r k 4 在分析美国气候异常的过程中，不仅发现降水的准两年周期变化，还发现了美 国地面气压和气温也都有准两年的周期振荡。其后，许多要素的准两年周期变化被陆续揭 示出来，如北半球地面气压i s 、全球及南北半球平均气温【1 0 1 1 】、热带纬向风和海面温度旧 等等。此外，李崇银和龙振夏 7 1 还发现西太平洋副高活动，包括副高脊线纬度位置和副高 强度，都有准两年振荡的特征。而李永平等 8 1 分析了5 0 0 h p a 位势高度异常场，发现了准两 4 第一章绪论 年的分量，并且呈现出由副热带向中高纬度传播的行进波特征。不仅如此，g r a y 6 2 1 、李崇 银和龙振夏咿】还分别发现大西洋风暴和西太平洋台风的发生次数也有准两年的周期变化， 通常在q b o 的西风位相时，大西洋风暴次数相对较多，而西太平洋台风偏少。 对热带要素t b o 的机理研究，近几年也有一些工作。s a t h i y a r n o o r t h y 和m o h a n a k u m a r i s 4 分析了印度近赤道站点t h u m b a ( 8 0 2 3 ，n ，7 6 0 5 2 e ) 上空的气温资料，发现了2 2 个月 ( 即准两年) 的周期振荡，并且其位相从地面到对流层顶不随高度改变，他们还指出这种 振荡同印度季风降水的强度以及平流层纬向风准两年周期振荡有关。l i 等【2 7 谰藕合的海一 气模式进行西太平洋海温异常和纬向风异常的模拟试验，结果表明，t b o 对内部的海气 藕合系数以及外部的基本状态参量都十分敏感，当这些参数有一些很小的变化，模式运行 结果就会从t b o 状态变成无序或一般的年变化。k w a n 和s a m a h 6 5 】通过分析平流层q b o 和对流层顶高度、5 0 0h p a 气压和海面温度的准两年变化，得到了t b o 与q b o 在热力学上 是相关的结论。还有一种观点惭】是认为气候系统的准两年周期性源于该系统对太阳活动1 1 年周期调制的季节强迫的非线性响应。 1 2 4i 1 3 0 的年代际变化 郑彬等【3 l 】研究发现，即使对亚太季风区的各季风指数进行准两年的滤波，得到的结果 依然存在年代际变化。2 0 0 8 年，z h e n g 等阿7 】建立了一个简单的分析模式。模式主要包含了 暖海区的海气耦合过程。模式结果不仅表现出一般的准两年周期，而且模拟出的准两年变 率的振幅具有明显的年代际周期。这表明了年代际变化是t b o 的内在属性。z h e n g 等【明 也给出了t b o 年代际变化的可能成因。由于t b o 具有准周期性，周期一般为2 0 3 0 个月， 所以当t b o 峰值位相出现在某年的夏季时，下一个峰值位相可能就出现在1 0 年或几十年 后的夏季，从而形成了t b o 的年代际变化。但是应该说对于t b o 年代际变化的研究还并 没有实质性地开展，机制方面更没有定论，还有待进一步深入探讨。年代际变化既然是t b o 的内在属性，这就意味着t b o 对季风区的影响也存在年代际变化，当t b o 的年代际正位 相时，亚太季风准两年振荡对季风区的影响显著，而负位相时则明显减弱。从文献 3 l 】和 图1 2 b 可以看到，从2 0 世纪7 0 年代到2 0 0 0 年，南海季风准两年振荡的平均振幅较大， 而之前则较小因此，南海季风准两年振荡对华南降水的影响也必然会存在年代际变化， 这点在郑彬和施能【6 s 】的研究中已得到证实。南海夏季风与华南降水的准两年振荡之间的关 系存在明显的年代际变化：在2 0 世纪5 0 年代 2 0 世纪7 0 年代初，它们之间存在很弱的负 相关( - 0 2 ) ：而在2 0 世纪7 0 年代中后期2 0 0 0 年，它们的正相关性则非常高( 0 7 以上) i 图1 26 8 月平均( a ) 模式西北太平洋( 空心圆) 和海洋大陆( 实心圆) i ls s t - a ，( b ) 西北太平洋季风区模式降水率( 来自文献 6 7 】)l 1 3t b o 研究存在的问题 近年来关于t b o 的研究越来越深入，t b o 的研究也开展得非常热烈，从各种观测资 的分析到不同模式的数值模拟，从现象的揭示到机理的解释，凡此种种，难以枚举，这许 多的观测事实和研究成果为我们了解t b o 提供了重要的依据，使我们对t b o 的理解越来 越清晰。首先，t b o 是一个区别于e n s o 的海气耦合系统；其次，t b o 与其他气候系统 5 南京信息工程大学硕士学位论文 ( 如e l , i s o ，平流层q b o ) 存在相互作用；最后，年代际变化是t b o 的内在属性 但是我们依然还有很多问题没有解决。第一：t b o 的海气耦合模态很可能并不是唯一 的，目前得到的可能只是其中的一种；第- - ：t b o 与其他系统的相互作用还没有统一的认 识，特别是t b o 对其他系统的影响更是研究极少；第三