（气象学专业论文）北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨.pdf

北半球人气遥相关型及j e 揣 度场关系的探讨 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 摘要 本文利用5 5 年n c e p n g 气r 再分析资料，对冬半年和夏半年北半球大气遥 相关型及其与气候、f 均温度场之间的关系进行了探讨。结果表明：1 ) 、在冬半年， 北半球大气遥相关路径呈现明显的经向型特征。在年际变化尺度上，北半球大气 环流异常表现为典型的p n a 型( p a c i f i c n o r t h a m e r i c a np a t t e r n ) 遥相关，有四个 大气异常中心，分别位于热带中东太平洋、北美北部、北太平洋以及美国东南部。 而在季节变化尺度上，北半球除了类似于p n a 的遥相关型以外，在大西洋到亚 洲西部也存在一遥相关型，其中心分别位于副热带大西洋、北大西洋、欧洲西北 部以及亚洲中西部。而夏半年，北半球大气遥相关路径则呈现明显的纬向型特征， 其异常中心在中高纬地区绕纬圈排列，分别位于欧洲西部、欧亚、里咸海东南部、 东亚一北太平洋及北美一带，各异常活动中心基本上被约束在中纬度对流层上层 西风急流带中；2 ) 、北半球大气遥相关路径和温度场有十分密切的关系。北半球 夏半年，由于温度场分布呈现纬向特征，遥相关路径不易产生南北向的偏折，从 而使得异常中心基本上沿纬圈分布。而冬半年的情况则不同，等温线出现了十分 j f 明显的南北向起伏，遥相关路径在温度纬向梯度正负号发生改变处( ! 二= o ) a x 发生偏折，从而使得北半球冬季的大气遥相关型呈现出明显的经向特征；3 ) 、出 于冬半年等温线南北起伏明显的区域往往位于东西方向海陆交界处，因此，冬半 年大气遥相关路径也往往是在东西向海陆交界处发生偏折。 此外，本文主要从北半球对流层上层西风急流等方面对大气遥相关现象机制 进行了阐述。北半球西风急流对夏半年大气遥相关型有很重要的意义，各异常活 动中心被约束在高空急流内，而冬半年西风急流急流的讵压不稳定和经向风引起 的南北动量输送对大气遥相关的形成和维持起着重要的作用。 对于气候平均温度场与大气遥相关路径相互对应、相互影响的机制的探讨， 北十球大气遥相关型及i l ；，温度场关系的探讨 本文提出西风急流和海陆热力差异在形成二者相互对应关系中起着重要的作用， 但对于二者之自j 物理机制的深入解释，还需进一步的研究。 。 关键字：大气遥相关型，大气遥相关路径，大气温度场，急流 ：l i t 球人气遥相关型及j l ；溢度场关系的探讨 a s t u d yo ft h ea t m o s p h e r i ct e l e c o n n e c t i o np a t t e r n s o v e rt h e n o r t h e r nh e m i s p h e r ea n di t sr e l a t i o n sw i t ht h ea i r t e m p e r a t u r e f i e l d s m a j o r ： m e t e o r o l o g y n a m e ：c h e nf a n g l i s u p e r v i s o r ：p r o f l iw e i b i a o a b s t r a c t a n a l y s i so ft h e5 5 ，wn c e p n c a rr e a n a l y s i sd a t ar e v e a l st e l e c o n n e c t i o n p a t t e r ni nt h ew i n t e r t i m ea n ds u m m e r t i m ec i r c u l a t i o no ft h en o r t h e mh e m i s p h e r e f n h l ，a n di t sr e l a t i o n sw i t ht h ea i rt e m p e r a t u r ef i e l d si sa l s od i s c u s s e d i t sf o u n dt h a t ： 1 1 、i nw i n t e rh a l fy e a r , t h ec h a r a c t e r i s t i co ft e l e c o n n c c t i o nr o u t ei s n o t i c e a b l y m e r i d i o n a io v e rt h en o r t h e r nh e m i s p h e r e t h ea t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na n o m a l i e so f i n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t yo fn hm a n i f e s tac l a s s i c a lp a c i f i c n o n ha i n e r i c a n ( p n a ) p a t t e mw h i c hi sc o m p r i s e do ff o u rc e n t e r sl o c a t e do v e rm i d - e a s tp a c i f i c ，n o r t h p a c i f i c , n o r t ha m e r i c aa n ds o u t h e a s tu n i t e ds t a t e s a n de x c e p tp n a , t h e r ei sa n o t h e r t e l e c o n n e c t i o np a t t e r no ft h es e a s o n a lv a r i a b i l i t yo v e rt h em i d a t l a n t i c - w e s t e ma s i a s e c t o ro ft h en h i tj sa l s om a d eu po ff o u rc e u t e r st h a ta r el o c a t e do v e rm i d a t l a n t i c ， n o r t ha t l a n t i c , n o r t h w e s te u r o p ea n dw e s t e r na s i a i ns u m m e rh a l fy e a r , t h e c h a r a c t e r i s t i co ft e l e c o n n e c t i o nr o u t ei sn o t i c e a b l yz o n a li nt h em i d l a t i t u d eo ft h en h t h er e c u r r e n tc i r c u m m o b a lt e l e c o n n e c t i o n ( c g t ) p a t t e r ni sm a i n l ys i t u a t e dw i t h i na w a v e g u i d et l l a ti sa s s o c i a t e dw i t ht h ew e s t e r l yi e ts t r e a m a n dt h ec g ti sc o m p r i s e d o fs e v e r a lc o n t i n e n t a lc e n t e r so v e rt h er e g i o n so fw e s t e r ne u r o p e ，e u r o p e a nr u s s i a , s o u t h e a s tc a s p i a na n da r a l ，e a s ta s i a - n o r t hp a c i f i ca n dn o a ha m e r i c a 2 ) 、t h e r ei s c l o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er o u t eo ft e l e c o n n e c t i o na n da i rt e r n p e r a t u r ef i e l d s i n s u m m e rh a l fy e a r , 弱ar e s u l to fz o n a ld i s t r i b u t i n go fi s o t h e r m si nt h en h t h er o u t eo f t e l e c o n n e c t i o nd o e sn o te a s i l yc h a n g et h ew a yi nt h en o r t h - s o u t hd i r e c t i o n s ot h e s p a t i a lp h a s g so fc g t t e n dt op r e f e r r e dz o n a l i t y h o w e v e r , t h er e l a t i o n s h i pi sd i f i f e r e n t i nt h eb o r e a lw i n t e r 衲ei s o t h e r m so b v i o u s l yb e a ru n d u l a t i o ni nt h en o a h - s o u t h d i r e c t i o n ，t h a ti s w h e nz o n a lt e m p c r a t i i mg r a d i e n li s ( 婴= 0 ) ，t h ep n ar a yw i h 以 o c c u rd e f l e x i o n c o n s e q u e n t l y , i tm a k e st h a tt h et e l e c o n n e c t i o n p a t t e r nb e a r s m e r i d i o n a lc h a r a c t e r i s t i ci nt h eb o r e a lw i n t e r t i m e 3 1 、t h eo b v i o u s l yr e g i o n so f n o r t h s o u t hu n d u l a t i o no fi s o t h e r m sa r eg e n e r a l l yl o c a t e di nt h ee a s t - w e s ti n t e r f a c eo f t h es e a 1 a n di nw i n t e rh a l fy e a r t h e r e f o r e t h er o u t eo ft e l e c o n n e c t i o na l s oc h a n g et h e w a y i nt h ea f o r e m e n t i o n e dr e g i o n s t h er o l eo ft h ew e s t e r l yi e ts t r e a mi nt h em i d l a t i t u d eo fn hi na c c o u n t i n gf o rt h e l n 北平球大气遁相关型及h i 温j 垒场关系的探讨 p h y s i c a lm e c h a n i s mo ft e l e c o n n e c t i o na l ei l l u m i n a t e d t h ew e s t e r l yi e ts t r e a mi sv e r y i m p o r t a n tf o rc g t a n dt h ec g ta c t i v i t yc e n t e r sa l ec o n f i n e dt oaz o n a lb a n d a n di t i sa l s oi m p o r t a n tf o r t h et e l e c o n n e c t i o np a t t e r n si nw i n t e r t i m e 0 t h e r w i s e i ti s d i s c u s s e dt h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s et e l e c o n n e c t i o np a t t e r n sa n dc l i m a t i c m e a nt e m p e r a t u r ef i e l df r o mt h ea s p e c to fw e s t e r l yi e ts t r e a ma n do c c a n - c o n t i n e n t t h e r m o d y n a m i cd i f f e r e n c e 。 k e y w o r d ：t e l e c o n n e c t i o n ；t e l e c o n n e c t i o nr o u t e ；a i rt e m p e r a t u r ef i e l d ；j e ts t r e a m i v 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 第一章、引言 大气的变化除了我们所熟知的低于一周的高频变化以外，还存在着一周以上 的缓变过程( 或者称之为低频变化) 。虽然迄今我们已经知道，大气的低频变化 是中期天气和短期气候预测的关键，但直到上世纪7 0 年代后期，大气低频变化 才引起人们的注意。b l a c k m o n 1 1 1 2 1 1 3 1 在他的一系列的诊断研究中发现了令人惊讶 的事实：大气变化的方差并不主要来自于逐同天气预报所关心的高频变化，而是 来自周到月季时间尺度的低频变化。从此，大气低频变化的研究引莛了气象学家 们的广泛重视。 关于大气低频变化的一个基本问题是：大气低频变化的实体是什么呢? 如果 说大气高频的变化的实体是气旋、反气旋、急流和锋面等天气系统，大气低频变 化有没有类似的变化实体呢? 已有的研究表明，大气阻塞形势是中高纬缓变过程 的一种实体( l e g r a s 和g i l l l 4 1 ) 。除了阻塞形势外，人们还发现大气中普遍存在的 遥相关现象主要出现于与低频变化相应的一些固定区域，具有相当正压结构的驻 波型扰动特征( w a l l a c e 和6 u t z l e d 5 l ；h s u 和l i n l 6 1 ) 。大气遥相关现象被认为是 大气低频变化的一种实体。因此，对大气遥相关现象研究的重要性不言而喻。 大气中的遥相关现象很早以前就引起了人们的注意。早在2 0 世纪2 0 - - 3 0 年 代，w a l k e r 等就揭示了南方涛动和北大西洋涛动的存在( w a l k e r t n ；w a l k e r 和 b l i s s s 1 ) 。2 0 世纪6 0 一7 0 年代b j e r k n e s l 9 11 1 0 lf 1 1 j 进行了一系列具有里程碑意义的 工作，指出海表温度的异常升高引起中赤道太平洋对流的加强，从而导致了对流 层上层的一个异常环流型，它包括一对反气旋对和一个位于北太平洋热带外地区 的气旋。这些研究成果，使得赤道太平洋地区的海表温度变化包括东赤道太平洋 的e ln i f f o 现象和南方涛动( s o ) 联系起来，并在1 9 6 9 年分析赤道太平洋地区 海温异常与东北太平洋西风带环流变化的关系时，首次提出了“遥相关”一词。 后来，w a l l a c e 和g u t z l e 1 5 1 用大量的统计事实发现了北半球冬季5 0 0 h p a 主要存 在五种遥相关型：太平洋- d e , 美( p n a ) 型、欧亚( e u ) 型、西大西洋( w a ) 型、西太平洋( w p ) 型和东大西洋( e a ) 型，揭示了除热带地区外，中高纬也 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 存在遥相关现象。 其后的许多工作证实了上述遥相关型的存在，说明它们表现了大气环流变化 的重要特征，其中尤以p n a 型、e l i 型遥相关更具有重要意义。h o t e l 和w a l l a c e 1 2 l 以及h o s k i n s 和k a r o l y 1 3 1 利用波的频散原理解释大气的遥相关现象，并提出遥相 关波列路径常呈所谓的大圆路径；s i m m o n s 和w a l l a c e 掣“】从正压模、热带强 迫的线性响应、气候基本叁，非正交模不稳定等方面对大气遥相关现象进行了探 讨和说明，指出北半球大气存在偶极予型和有经向型分布特征的p n a 型遥相关 等；b l a c k m o n 等【1 5 1 指出在不同时自j 尺度上冬季5 0 0 h p a 扰动的水平结构。在长时 例尺度上( 大于3 0 天的周期) ，5 0 0 h p a 扰动表现为位于气候平均急流出口区上 的南北偶极予型，而在中间时间尺度上( 1 0 - 3 0 天周期) ，5 0 0 h p a 扰动呈现出明 显的经向型分布，主要是在急流入口区产生的波列，穿过急流然后又发生弯曲折 向东南到达热带，短时间尺度上( 2 5 6 天周期) 的5 0 0 h p a 扰动则表现为纬向分 布特征；b a r n s t o n 和l i v e z e y t l 6 1 、n a k a m u r a 等1 1 7 l 等都对大气低频变化的水平结构 进行了研究，同样也指出北半球冬季存在南北向偶极子型和波列自西向东分布的 遥相关型，如p n a 、e l i 型等( f r a n z k e 掣堋，c h e n 1 9 1 等) 。 上述对于北半球大气遥相关型的研究，都是基于冬季大气环流形势。但其后 的一些分析研究表明，在北半球夏半年，也存在大气遥相关型。n i t t a 掣铡指出 太平洋一日本( p j ) 涛动的存在。n i t t a l 2 1 l 又进一步指出夏季北半球环流存在p j 波列，并且认为这个遥相关波列的出现同赤道西太平洋地区的对流活动，以至同 e l 埘砌事件有密切关系；黄荣辉 2 2 l 在分析引起我国夏季旱涝的东亚大气环流异 常遥相关及其物理机制时，同样也指出北半球夏季大气环流的遥相关中存在着东 亚太平洋型，而且这个波列的活动直接与菲律宾周围的对流有关；黄荣辉、孙凤 樊1 也从观测事实和数值模拟方面，都清楚的表明大气中存在东亚太平洋型遥相 关波列；黎伟标等1 2 4 l 通过对亚洲季风活动区与北半球大气遥相关型的诊断分析， 提出了亚洲太平洋北美( a p n ) 型；l iw e i b i a o 等【2 5 l 主要讨论了在e l 旃。年和 n o n e ln i k o 年，热带西太平洋暖池区和亚洲季风区对东亚一太平洋地区遥相关 路径的影响；黎伟标、纪立人【2 6 i1 2 7 1 以及黎伟标i 冽等利用最优强迫模、正规模及 2 北半球夫气遥相关型及j e 温度场关系的探讨 有限时间不稳定奇异矢量( s i n g u l a rv o z t o r s ) 理论，对亚洲夏季风活动激发北半 球大气遥相关的物理机制进行了探讨：q i n g h u ad i n g 等提出北半球夏季中纬度 存在一环绕全球的五波结构的c g t ( c i r c u m g l o b a lt e l e 沁o n n e c t i o n ) 型，此遥相关 型里显著的纬向型特征，其各异常中心被约束在做为r o s s b y 波导的强西风急流 内。 从上述的研究回顾中我们知道，北半球冬季和夏季大气遥相关的结构和路径 是有着明显差异的。造成这种差异的主要原因是什么昵? 从大气遥相关的主要形 成机理来看，无论是波的传播路径还是不稳模态的增长都与大气环流的基本态有 关。北半球冬夏季节基本气流的差异很大程度上体现在急流的位置和强度的差 别。从大气科学的基本理论地转理论中我们知道，急流位置和强度的变化是 和温度场密不可分的。 那么，大气遥相关型的分布到底与温度场是否有密切的联系呢? 国内外尚无 这方面的研究成果。为了探询这一问题，本文利用n c e p n c a r 再分析资料对北 半球大气遥相关型及其与温度场的联系进行诊断分析，希望能寻找到大气遥相关 型与温度场相互关联的特征和规律，进一步加深我们对大气遥相关现象的认识。 本文主要目的有：、从理论上揭示北半球大气遥相关路径的南北起伏，与 气候平均温度场之间的关联特征。从而为研究南半球等地未知的遥相关路径提供 理论依据；、通过对北半球西风急流、i s m 、e n s o 和海陆热力差异等方面的 研究，希望能对北半球大气遥相关型及其与气候平均温度场的对应关系得到进一 步认识。、通过对大气遥相关现象的进一步认识，为全球尺度的气候变化与预 测提供有用的信息。 基于以上目的，本文需从以下几个方面进行阐述与探讨：、冬、夏季以及 逐月北半球大气遥相关型的变化特征；、大气遥相关型与气候平均温度场之间 的联系；、北半球对流层上层风场、i s m 、e n s o 与大气遥相关现象之间的联 系：、影响大气遥相关型和气候平均温度场的对应关系之间的因素。通过对上 述四个问题的探讨，从而进一步阐释北半球大气环流异常现象。 本文第二部分将对所用数据和方法进行说明；北半球冬、夏季以及逐月大气 遥相关型的分布特征在第三部分进行阐述；第四部分将探讨遥相关路径和气候平 3 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 均温度场之间的关系；第五部分解释说明影响大气遥相关的不同因素；第六部分 为本文的总结、假设及讨论部分。 4 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 第二章、数据和方法 硷 2 1 、数据 本文所用数据为1 9 5 0 年4 月一2 0 0 5 年3 月的n c e p n c a r ( n a t i o n a lc e n t e r sf o r e n v i r o n m e n t a lp r e d i c t i o n - n a t i o n a lc e n t e rf o r a t m o s p h e r i cr e s e a r c h ) 再分析资料 ( k a l n a y 等p o ! ) ，其中包括2 0 0 h p a 、5 0 0h p a 、7 0 0h p a 的高度场和温度场，资料空 间分辩率为2 5 0 2 5 0 经纬度，高度场和温度场为同平均资料：以及1 9 6 8 1 9 9 6 年2 0 0h p a u 、v 风场的月长期平均( m o n t h l yl o n g t e r mm e a n ) 数据，资料空间 分辩率为2 5 0 2 5 0 经纬度。 2 2 、方法 本文通过合成计算来分析北半球大气遥相关型的分布特征，在确定所研究的 冬、夏季大气遥相关型是否具有代表性、典型性时，本文采用e o f ( e m p i r i c a l o r t h o g o n a lf u n c t i o n ) 分析方法。 下面对本文所用方法分别进行详细的说明： 、首先对高度场和温度场的日平均数据进行处理，将日平均资料转化为侯 平均数据，每月为6 侯。冬季为1 2 月至次年2 月( 如，1 9 5 0 年冬季包括1 9 5 0 年1 2 月和1 9 5 1 年1 、2 f l 。) ，夏季为6 月至8 月，并将全年分为冬半年和夏半年，其中冬 半年包括1 0 、1 1 、1 2 、1 、2 、3 月份，夏半年包括4 、5 、6 、7 、8 、9 月份。 、对数据进行保留年际变化量的处理 n i t t a 【2 1 】为了突出季节内变化对资料的处理方法为： a 、样本值x 减去各个时间样本的气候平均值，得到距平值x a ，x a 中便去除 了资料的季节趋势。但x a 中包含了长期趋势项、年际变化以及季节内变化值； b 、再把每年所研究时段的) ( a 取平均当作该年的年际变化量i x a ； c 、x a - - i x a 便是该物理量的季节内变化量。 本文采用上述n i t t a 对资料的处理方法，但由于考虑年际变化的情况，因此在 计算高度场标准偏差和进行e o f 分析时，对资料的处理只做到第二步，即求出 5 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 i x a 。 、求标准偏差 标准偏差是描述样本中数据与以均值i 为中心的平均振动幅度的特征量，用 ，表示。其计算公式为 s = j i i 善n “一习2 其中n 为样本量。 、合成计算 本文选取不同温度场背景下的侯平均高度场原始数据，计算北半球大气的遥 相关型，即冬季和冬半年各月选取e ln i f f o 年和l am 砌年气候背景下的资料； 夏季和夏半年各月选取强弱l s m ( i n d i a ns u m m e r m o n s o o n ) 年气候背景下的资料。 关于为什么要选取e n s o 年和i s m 年做为温度场背景，将在本文第五章中详细说 明。 ( b ) 2 0 0 h p ol a 哳 图2 12 0 0 h p a 高度场距平合成酗( a ) 目m 石0 年，( b ) l a f 筇矗年 等值线间隔为l o m ( ，2 0 ，1 0 ，0 ，1 0 ，2 0 ，) 6 蝴鲫槲酬驯删瑚甜懈 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 本文所采用的合成计算为：强年高度场平均值一弱年高度场平均值数据，即 为e l f 勋年高度场平均值l a 簖年高度场平均值，强i s m 年高度场平均值 一弱i s m 年高度场平均值。如图2 1 所示，日f 砌年的大气环流异常与l a 诱矗 年的位相几乎相反，强弱i s m 年对比亦是如此( 图略) ，也就是说强弱年大气遥 相关位相基本相反，强年减弱年所得异常振幅最大，即可解释为最显著的遥相关 型。 关于强弱年份的选取，尉f 五台年和l aj 滴年是根据n o a a ( n a t i o n a l o c e a n i c a n d a t m o s p h e r i c a d m i n i s t r a t i o n ) c p c ( c l i m a t e p r e d i c t i o n c e n t e r ) 公布 的o c e a n i cn i f i oi n d e x ( o n 0 ( 如表2 1 ) ( 3m o n t hr u n n i n gm e a no fe r s s t v 2s s t a n o m a l i e si nt h en i 矗o3 4r e g i o n ( 5 。n - 5 0 s ，1 2 0 。- 1 7 0 。w ) ) ，选取o n i 大于0 8 和小于 _ 0 8 的年份，分别定义了1 4 个e l f 石d 年和1 2 个l an i k a 年，如表2 2 所示。 强、弱i s m 年则参考q i n g h u ad i n g 等( 3 2 j 一文，根据a m l ( a l b l n d i ar a i n f a l l i n d e x ) 定义了1 1 个强i s m 年和1 2 各弱i s m 年，如表2 所示。 表2 - 1o c e a n i cn i f i oi n d e x ( o n i ) y e a r d 】f】f hf h ah a ha m 】 h 】j 】a 】a s s o s o no n on 1 9 5 0一1 81 5- 1 4一1 4- i 4- 2 2一o 9- 0 8一o 8- 0 8- 0 9- 1 1 9 5 1 - 1一o 8 一o 。6 一o 40 2 0 1o 4 0 50 6o 7 0 7 0 6 1 9 5 20 30 10 10 10- 0 2- 0 30 30 10 20 20 1 1 9 5 30 10 30 4d 50 50 4 0 4 o 40 4d 40 30 3 1 9 5 40 30 20 10 50 70 7一o 8- 1一1 1- 1 ill 1 9 5 5 - l- 0 9 - 0 9 - 1- 1 1 - 1 1- 1- 1 5- 1 8- 2 1一1 7 1 9 s 61 2一o 8一o 70 60 60 60 7o 8- 0 9- 0 9- 0 。9- 0 8 1 9 5 7 0 。s0 1 o 。2 0 。6o 。7 o 。8 o 。9o 。9o 。8o 。91 。21 5 1 9 5 8 1 61 5 1 10 70 s0 so 40 1000 10 3 1 9 5 9 0 40 4 0 3 0 2o o 3 一o 40 50 4- 0 40 30 3 1 9 一0 3 0 3- 0 30 20 1- 0 10o一0 10 20 30 2 1 9 6 10 20 20 20 1o 1 o 1 0- 0 3- 0 60 60 s一0 s 1 9 6 20 s0 50 50 s一0 40 30 20 3 一o 4 - 0 60 7- 0 7 1 9 6 3一o 6一o 3oo 。l0 。l o 3 o 。6o 。8o 。8o 。91i 1 9 o 80 4 0 10 5一o 7- 0 7- 0 8 - 0 9- 1 一1 1- 1 1- l 1 9 6 5- 0 8- o s- 0 300 20 611 21 41 51 61 5 1 9 6 6 1 21 1 o 8o 5 0 2 0 10 。l 00 2 0 30 30 4 1 9 6 7一o 4一o 50 60 50 3000 20 4 0 5 一o 50 6 7 北半球大气遥相关型及其j 温度场关系的探讨 续i ； 页： 1 9 6 80 7 - 0 9- 0 8- 0 80 4o0 30 30 2 0 4 0 6o 9 1 9 6 9l1o 90 7o ，6o 40 40 40 60 70 7 0 6 1 9 7 00 5o 30 20 1- 0 10 40 6- 0 8一o 8- 0 8- 0 9一1 2 1 9 7 l- 1 4- 1 4- 1 2- 1 - 0 ，8 一o 8- 0 8- 0 8一o 9- o 9- 1一o - 9 1 9 7 20 70 300 30 5o 8l - l1 31 51 822 1 1 9 7 31 81 20 5 0 10 5 - o 8- 1 1- 1 31 4- 1 7- 1 9- 2 1 9 7 4- 1 8- 1 6- 1 21 1- 0 90 70 5- 0 40 s一0 7- 0 80 7 1 9 7 5- 0 6 一o 60 7- 0 8- 1 - 1 1- 1 3- 1 4 - 1 6 一1 6- 1 7 1 8 1 9 7 6- 1 6- 1 2- 0 90 7一o 50 20 10 30 50 7o 8o 8 1 9 7 70 50 50 20 1o 2o ，30 30 4o s0 7 o 8 o 8 1 9 7 80 70 400 3 - 0 4 0 3一o 40 50 5- 0 40 20 1 1 9 7 9- 0 100 10 20 10o0 20 30 40 s0 5 1 9 8 0o 5 0 3 o 20 2 0 3 0 30 200 1o0 0 1 1 9 8 l一0 30 40 40 1 30 30 3一o 40 30 2- 0 10 10 1 1 9 8 200 10 20 40 60 7 o 81 i 51 9 2 2 2 3 1 9 8 32 。321 61 。21o ，60 。20 。2- 0 ，5- o 8- 0 。9- 0 。8 1 9 8 40 50 30 20 40 50 s一0 3- 0 20 30 6- 1- 1 1 1 9 8 5- 1 - 0 8 - o 8- 0 80 70 50 40 40 40 30 20 3 1 9 8 60 40 40 3一o 20 100 20 50 7o 91 11 2 1 9 8 71 3 1 21 1 l l 1 21 51 61 61 51 31 1 1 9 8 8o 80 50 10 30 81 2- 1 2- 1 1- 1 3- 1 6- 1 9- 1 9 1 9 8 9一i 。7 1 。5- 1 。王 一o 。9- 0 。6 - 0 4 一o 3一o 。30 1 3- 0 3o 2一o 1 1 9 9 00 10 20 3o 30 30 30 3o 40 30 30 30 4 1 9 9 1 0 50 40 4 0 4 0 6 o 8o 9o 9 o 8 11 4 1 7 1 9 9 21 81 71 61 41 1o 80 40 20 10 100 1 1 9 9 30 30 40 6o 8o 80 7 o 50 4 o 40 30 20 2 1 9 9 40 2 o 3o 4 0 50 60 60 60 6o 7o 91 21 3 1 9 9 51 2o 90 7o 4o 20 1 o o 30 50 6- o 7- 0 8 1 9 9 6- 0 8 - 0 7 o 50 30 2o 2- 0 1- 0 20 20 2一o 3- 0 4 1 9 9 70 4一o 3o0 4o 91 41 722 32 42 52 5 1 9 9 82 4 2 1 41 10 4一o 1- 0 8- i1 1- 1 1一1 3- 1 5 1 9 9 9- 1 6一1 2一o 90 7- 0 8- 0 8一o 9- 0 9- 1- 1 2- 1 ，4- 1 6 2 0 0 0- 1 6 - 1 5 一1 1- 0 90 70 6o 40 30 4- 0 s - 0 7 - o 7 2 0 0 1 - 0 70 5一o 4- 0 2- 0 10 10 2o 100 1一o 2 一o 2 2 0 0 2- 0 1 0 1 0 30 40 7o 8o 9o 91 1 1 3 1 51 3 2 0 0 3 1 1o 80 60 10 10o 30 40 50 50 60 s 2 0 0 40 4 0 2 0 20 20 30 40 7o 8 o 9o 9 o 9o 8 2 0 0 50 60 50 30 40 ，50 30 2000 2- 0 4- o 7 8 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 表2 - 2本文所选取的e ln i e o 年、l an i e a 年以及强弱i s m 年 1 9 5 7 1 9 6 3 1 9 6 5 1 9 6 9 1 9 7 21 9 7 61 9 8 21 9 8 6 1 9 8 71 9 9 11 9 9 4 e ln 试。年 1 9 9 72 0 0 2 2 0 0 4 1 9 5 01 9 5 4 1 9 5 5 1 9 6 4 t 9 7 01 9 7 31 9 7 5 1 9 8 41 9 8 81 9 9 51 9 9 8 l an 漏a 年 1 9 9 9 强i s m 年 1 9 5 61 9 6 11 9 6 4 1 9 6 7 1 9 7 01 9 7 31 9 7 51 9 8 3 1 9 8 8 1 9 9 01 9 9 4 1 9 5 11 9 5 2 1 9 5 7 1 9 6 0 1 9 6 51 9 7 21 9 7 4 1 9 7 9 1 9 8 2 1 9 8 71 9 9 2 弱 s m 年 2 0 0 2 、经验正交函数( e o f ) 分解 通过对e o f 的分析，可以确定具有代表性的大气遥相关型。本文采用的e o f 计算方法，为魏凤英【3 1 嗡著的现代气候统计诊断与预测技术一书中的方法， 采用标准化场为原始场进行e o f 分解。现代气候统计诊断与预测技术一书中 指出：当用标准化场计算时，x x ( x 是矩阵形式的某气候变量场的观测资料) 是相关系数矩阵，分离出的特征向量代表的是变量场的相关分别状况，更适合作 分类分型分析。 由于本文所用数据的空间点数大于样本量，因此e o f 的计算步骤为： a 、对原始资料矩阵) 【作标准化处理后，计算协方差矩阵s x x ，s 是m x m 的实对称阵。 b 、用j o c o b i 方法求出s 阵的特征值a 和特征向量。 c ，利用( 2 2 1 ) 和( 2 2 2 ) 式求出特征向量，即船的特征向量。 v x v r ( 2 2 1 ) 一去y c 2 蚴 d 、矩阵a 为对角阵，对角元素即为尉的特征值a 。( ，如，九) 。将特 征值按大小排列为： 9 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 乏a 2 乏2 九z 0 e 、利用( 2 2 3 ) 式求出时间系数矩阵r 。 t v x ( 2 2 3 ) f 、计算每个特征向量的方差贡献： r 九7 荟 【七- 1 2 ，p q 肌) 】 及前p 个特征向量的累计方差贡献： g 善 7 蓍 q 搠) 、t 检验 t 检验是一种均值统计检验方法，公式如下 z y 其中i 、罗为样本平均值， ，、厅z 为样本量。毛、s z 为样本标准差。t 检验 遵从自由度”。弗l - i n 2 2 的t 分布。 、求相关 本文采用p e a r s o n 相关系数，用，来表示。 设有两个变量 毛，j 2 ，, x r y l ，y 2 , ，儿 相关系数计算公式为： 1 0 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 ， 三砉“一砷，一刃 其中万为样本量，i 、罗为样本平均值。 北半球大气遥相关型及其与温度场关系的探讨 第三章、冬、夏季以及逐月北半球大气环流异常的特征 本文为了探讨北半球大气遥相关型与温度场之间的关系，首先对北半球大气 遥相关现象进行详细的解释说明。w a l l a c e 和g u t z l e r 5 j 对北半球冬季遥相关型做了 详细的阐述，并指出冬季5 0 0 h p a 主要存在的五个遥相关型中，尤以p n a 型和e u 型遥相关更具有重要意义：n i t t a 2 1 l 等指出北半球夏季大气环流的遥相关中存在 着太平洋一日本( p j ) 波列。 下面就针对冬、夏季以及逐月北半球大气异常现象分别进行阐述，希望能从 观测事实方面给出北半球大气遥相关现象的一些特征和规律。 3 1 、冬季北半球大气环流异常的特征 图3 1 为冬季( 1 2 月至次年2 月) 2 0 0 h p a 高度场标准偏差图，可以明显的看出， 最显著的变化中心分别位于热带中东太平洋、北太平洋、北美，美国东部也有一 弱的变化中心。 s t a n d a r dd 州o b ( 2 0 0 1 “ a , i n t e r ) 图3 1 冬季2 0 0 h p a 高度场标准偏差图，等值线间隔为1 0 。 为了对冬季北半球大气环流异常现象做详细的解释说明，本文对对流层高、 中、低层( 2 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 和7 0 0 h p a ) 位势高度场分别进行了合成计算。冬季高 度场的合成计算即用e l f 砌年高度场平均值减去l an i k a 年高度场平均值，所 用数据为高度场原始数据。各层高度场合成图如图3 2 所示，2 0 0 h p a 、5 0 0 h p a 和 7 0 0 h p a 高度上大气环流异常具有类似的分布特点，除了各异常中心的位置与强度 1 2 北半球= 气遥相关型及其l j 温度场关系的探讨 各层有所不同。 2 0 0 h p a 高度场合成图上( 图3 2 a ) 最显著的活动中心分别位于热带中东太平 洋、北太平洋、北美以及美国东部，其中北太平洋和美国东部为负中心，热带中 东太平洋和北美为正中心，与w a l l a c e 和g u t z l e r 【s l 提出的经典p n a 型极为相似， 只是图3 2 a 中美国东部中心较弱。相较图b 与图a ( 5 0 0 h p a 与2 0 0 h p a ) 可以发现， 图b 中除美国东部异常中心变化不大以外，热带中东太平洋中心向西南移至1 8 0 0 e 图3 - 2 冬季高度场合成图 a ) 、2 0 0 h p a ，b