（气象学专业论文）冬季北太平洋风暴轴的时空演变及其与ao关系的初步研究.pdf

摘要 本文利用1 9 4 8 2 0 0 4 年n c e p n c a r 再分析资料，对北太平洋风暴轴的空间 分布、时间演变以及其与北极涛动( a o ) 的关系进行了初步研究。研究发现： ( t )北半球天气尺度扰动呈带状集中分布在中纬度两大洋上，风暴轴即 为这种天气尺度扰动最活跃的地区。在风暴轴区域，利用不同的物理量从不同 侧面反映了风暴轴的物理特征。用同一物理量在同一风暴轴不同区域的分布， 分析了风暴轴的内部结构。 ( 2 )冬季北太平洋风暴轴存在明显的年际、年代际差异。研究发现，当 风暴轴的中心强度增强( 减弱) 的时期，一般对应着面积的增大( 缩小) 和位 置向西( 东) 、向南( 北) 的移动。冬季北太平洋风暴轴的年际差异主要表现为 两种空间型：第一空间型反映的是在其气候平均位置附近强弱和位移变化的单 极子变化，第二空间型反映的则是在太平洋中、东部地区的南北位移和强弱变 化的偶极子变化。 ( 3 ) 利用合成分析的方法，分析了冬季北太平洋风暴轴与北极涛动( a 0 ) 的关系。一方面，对冬季北太平洋风暴轴强、弱年a o 的模态进行了分析。发现 a o 和冬季北太平洋风暴轴具有同步的强、弱变化。另一方面，对a o 指数的高、 低值年冬季北太平洋风暴轴的水平分布、垂直结构以及能量输送进行了分析。 结果表明，在a o 指数的高( 低) 值年，一般对应着风暴轴强度的偏强( 弱) 、 位置的偏北( 南) ，风暴轴区域的斜压性显著增强( 减弱) 以及天气尺度涡动向 极和向上的热量以及动量输送的显著增强( 减弱) 。 关键词：风暴轴( s t o r m t r a c k ) ，北极涛动( a o ) ，时空演变，合成分析。 t h es p a t i o t e m p o r a le v o l u t i o no f w i n t e r t i m en o r t hp a c i f i cs t o r mt r a c k a n di t sr e l a t i o n s h i pw i t ha r c t i co s c i l l a t i o n a b s t r a c t ：w i t ht h en c a r 厅呵c e pr e a n a l y s i sd a t a , w es t u d i e dt h eh o r i z o n t a la n d v e r t i c a ld i s t r i b u t i n go f n o r t hh e m i s p h e r es t o r r nt r a c ka n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e a r c t i co s c i l l a t i o na n dn o r t hp a c i f i cs t o r mt r a c k t h e r e f r o mc o n c l u s i o n sa r ed r a w n 孵 f o f l o w ： ( i ) t h en o r t hh e m i s p h e r es t o r mt r a c ka r eb e l t sf l a i lp r e d o m i n a n t l yo fs t r o n g s y n o p t i ce d d ya c t i v i t i e s i nt h i sa r e a ，u s ed i f f e r e n tp h y s i c a lq u a n t i t i e sr e f l e c t st h e p h y s i c a lc h a r a e t e r i s i t i c so ft h es t o r mt r a c k o b v i o u sd i f f e r e n c e sa p p e a ri nd i f f e r e n t r e g i o n so fs t o r mt r a c kt os a m ep l a y s i c a lq u a n t i t y t h a ti l l u s t r a t et h es t r u c t u r eo fs t o r m t r a c k ( 2 ) i nw i n t e r , t h en o r t hp a c i f i cs t o r mt r a c ke x p e r i e n c es i g n i f i c a n ta n n u a la n d d e c a d a lv a r i a b i l i t y g e n e r a l l y ，w h e nt h e i n t e n s i t yt u r ns t r o n g ( w e a k ) ，t h ea r e a e x t e n d ( s h r i n k ) 谢t l l t h ec e n t e rw e s t w a r d ( e a s t w a r d la n d s o u t h w a r d ( n o r t h w a r d ) m i g r a t i o n t h ea n n u a lv a r i a b i l i t ye x h i b i t st w om a j o rp a t t e r n s ，i e ，am o n o p o l e 谢t l t h en o r t hp a c i f i cs t o r mt r a c ks h o w i n gt h e i rc h a n g i n gs t r e n g t ha n dp o s i t i o ni nt h e v i c i n i t yo ft h e i rl o n g t e r mm e a nl o c a t i o n sa n dad i p o l eo ft h e i ri n t e n s i t yc h a n g ea n d n o r t h w a r do rs o u t h w a r dm i g r a t i o no v e rt h e i re a s t e r n p a r t s ( 3 ) w i t ht h ec o m p o s i t ea n a l y s i s ，w es t u d i e dt h er e l a t i o n s h i po fn o r t hp a c i f i c s t o r mt r a c ka n da r c t i co s c i l l a t i o n i nt h ey e a rs t o r mt r a c kt r u ns t r o n g ( w e a k ) ，a o a l s oh a v et h es f l l l l ec h a n g ea l o n gi t o nt h eo t h e rh a n d ，i nt h ey e a ro f a 0i n d e xh i l 曲 ( 1 0 w ) ，n p s t se x h i b i t sn o t i c e a b l ed i f f e r e n c e si 1 1h o f i z o m a la n dv e r t i c a ld i r e c t i o na n d i t se n e r g yd i s t u r b i n g k e y w o r d s ：s t o r mt r a c k ，a r c t i c o s c i l l a t i o n , s p a t i o - t e m p o r a le v o l u t i o n ， c o m p o s i t ea n a l y s i s t t 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、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 了谢意。 作者签名：套嫡 日期：缅丘： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：危塌 日 期：细： 第一章引言 2 0 世纪7 0 年代末，b l a c k m o n 等。3 1 利用滤波数据首次发现了风暴轴，从此，风暴轴的 研究逐渐成为三维瞬变波动力学研究中的一个重要分支。风暴轴是指2 5 6 d 天气尺度瞬 变涡动最强烈的地区，虽然它所占大气总方差的比重并不大，但是它与每目地面天气图上 的气旋和反气旋路径紧密联系在一起，所以对天气的演变有重要指示意义。 北极涛动( a r c t i co s c i l l a t i o n ，简称a o ) 则是北半球热带外地区( 2 0 。n 以北) 海平 面气压场的变化中最突出的模态，它不仅仅影响极地地区的气候，也能够影响到中、低纬 度地区的气候，因而是北半球一个十分重要的气候系统。 风暴轴区域瞬变扰动导致的凝结加热异常对全球大气环流有重要影响，而北极涛动作 为极地和中高纬地区的一个重要气候系统，两者之闻可能存在着一定的联系。因而本文拟 在研究北半球( 尤其是北太平洋区域) 风暴轴自身的时空演变特征的基础上，对北太平洋 风暴轴以及北极涛动之间的关系进行初步的探讨。 1 1 风暴轴的研究进展 1 1 1 关于风暴轴的时空分布特征的研究 风暴轴是指2 5 6 d 天气尺度瞬变涡动最强烈的地区。研究发现“，在南北半球都有 风暴轴的分布，但是由于南半球中纬度海陆差异较小，风暴轴有其独特的特点。对于北半球 风暴轴，其中心位于中纬度两大洋上，位置与急流和斜压性的位置”。有很好的对应关系。 从斜压性的分布情况来看，风暴轴东、西两端的结构存在明显的差异，其西端为强的斜压性 结构，到了东端逐渐转变为相当正压结构。 邓兴秀、孙照渤“3 的研究表明，j e 半球风暴轴存在显著的季节变化，一般而言，风暴轴在 冬季最强，位置偏北：在夏季最弱，位置偏南：而春、秋两季为过渡时期：并且风暴轴强度的这 种季节变化又是与急流强度的变化联系在一起的。在冬季。太平洋和大西洋风暴轴的月际、 季的年际差异具有相同的变化型，并且主要表现有两种变化型：其一是风暴轴在其气候平 均位置附近的强弱和位移变化的单极子变化型；其= 是风暴轴在其中东部地区南北位移和 强弱变化的偶极子变化型。 1 1 2 关于风暴轴的维持机制的研究 1 风暴轴可以由基本气流的线性正规模不稳定来解释 由于风暴轴与对流层上部急流有很好的对应关系，因而常把风暴轴的存在与基本气流 的斜压不稳定联系在一起 1 2 - 1 4 o s i m m o n s 和h o s k i n s 。”考察了由最快的线性正规模发展起来 的非线性斜压扰动的生消过程，发现其特征与观测到的中纬度风暴轴的变化特征类似。研究 发现“，大部分不稳定模所引起的涡动振幅的纬向强烈变化与观测到的风暴轴或理想模 式中的风暴轴强度相当，因而风暴轴可以由基本气流的线性正规模不稳定来解释。 2 风暴轴的下游发展机制 c h a n g 和o r l a n s k i “”认为下游发展机制是风暴轴在纬向相对稳定区域维持的重要原因 要是没有海陆对比所造成的纬向地表摩擦变化，风暴轴可以一直向下游延伸，因而这一理论 对风暴轴并不直接对应予斜压性最强中心从而在弱斜压区也能维持的事实给予了一定程度 的解释。l e e 和m a k “6 1 还进一步强调，这种向下游的能量频散与环境气流的非地转平流效应 有关。 3 风暴轴的自维持机制 研究发现“，即使不存在绝对不稳定，纬向上局地区域的斜压性也能导致局地的瞬变波 扰动的活跃。h o s k i n s 和v a l d e s 。3 使用一个关于纬向气流线性化的模式，研究了在涡动热量 通量、涡动动量通量以及非绝热加热强迫下大气的响应，发现非绝热加热效应对风暴轴区域 斜压性的增强进而对风暴轴的维持有重要作用，从而提出了风暴轴的自维持机制。 以上研究表明，风暴轴内部的斜压过程和正压过程都对风暴轴纬向的维持起重要作用， 前者主要是在风暴轴的西端对应于风暴轴的建立初期，而后者则主要是在风暴轴的东端， 对应于风暴轴的衰亡。 4 风暴轴维持和异常的外部强迫机制 l e e 和m a k “”的研究表明，地形通过与纬向基本气流的相互作用能够导致风暴轴西部局 地斜压性的显著增强，从而有利于风爨轴的维持。此外，更多的研究“”着重予s s t a 对风 2 暴轴的影响， s s t 的正异常一般对应着局地斜压性的增强。 1 1 3 关于风暴轴与时间平均气流的相互作用的研究 研究发现。“，风暴轴区域天气尺度瞬变涡动的主要作用是削弱风暴轴入口区气流的 垂直切变，而增强风暴轴东端气流的正压分量，从而维持那里的静力平衡。同时，天气尺度瞬 变涡动还向极和向上输送水汽，因而是中纬度潜热的一个主要来源。“。但是，天气尺度瞬变 涡动对平均气流的壹接强迫效应与其它项相比贡献还是比较小的。h o s k i n s 。“对时间平均的 热量方程和动量方程的尺度分析结果表明，与平均气流项相比，天气尺度瞬变涡动项的作用 是次要的。许多研究表明“”。”，天气尺度涡动对阻塞形势有正回馈作用。n a k a m u r a 和 w a l l a c e 3 0 定义了一个包函数”( e n v e l o p e f u n c t i o n ) 用以反映阻塞对天气尺度涡动强度的 调制作用，发现在阻塞建立阶段天气尺度涡动活动显著增强。 此外，大量的研究一般集中在天气尺度涡动与大气低频环流之间的相互作用方面。 h i g g i n s ”用扩展e - p 通量研究了太平洋风暴轴区域天气尺度涡动与大气低频环流之间的 相互作用指出，e - p 通量辐散场上东西向的偶极子结构分布有利子减弱西北太平洋处的西 风而加强其东部的西风。t r e n b e r t h 1 则从更长的时间尺度上发现，南半球纬向平均的纬向 风的年际变化与天气尺度涡动的强迫有致对应关系。k a r o l y ”在研究了南半球天气尺度 涡动和主要低频模态的关系后，也指出天气尺度涡动强迫与平均环流异常有很强的联系。尽 管如此，从现有的关于平均气流的颤向与涡动强迫之间的联系的研究来看，还缺乏足够的证 据来证明天气尺度涡动对平均环流异常的直接强迫作用有多显著。 1 2 北极涛动( a o ) 的研究进展 t h o m p s o n s d w a l l a c e 基于对北半球大气环流的分析，提出了北极涛动( a 0 ：a r c t i c o s c i l l a t i o n ) 的概念。指出a 0 有纬向对称性、有相当正压的垂直结构，从地面至低平流层 都存在。它以4 5 。n 为节点，中纬度地区与极区s l p 里环状分布的反位相遥相关结构，故又 称为环状模态( a n n u l a rm o d e ) 。a o 的引入“导致一个新的研究方向的形成，其潜在的气 3 候影响与e n s 0 一样重要”1 。 a 0 描述了中纬度西风的位置和强度，当其强度和位置发生变化发生变化时，天气型就 会发生变化，当这种变化维持的时间足够长，就造成了气候的变化。在过去三十年中a o 指 数存在年代际尺度的周期变化和趋势“3 。a o 的强弱直接导致北半球中纬度地区和北极地区 之间的气压和大气质量反向性质的波动，a o 为正异常时，中纬度气压上升而极地下降，a 0 为负异常时，环流形势则与此相反。所以行星尺度的a o 变化，对近地面气候有显著影响， 研究发现a 0 对北美，欧亚大陆中高纬气温、降水有显著相关。同时极端事件的环流形 势也受到a o 的影响3 。北冰洋及副极地地区海冰同样受到a 0 的显著影响1 ，以及大气活动 r 柏1f 1 中心( 像西伯利亚高压等等) 也要受至r j a o 的影响。b l a c k 认为像a o 这种环流模态对中高 纬地面气候变化的作用越来越重要。文献。“”1 说到a 0 可以解释近期北半球高纬大部分地区 的年代际气候变率。a o 对地面的气候变率的作用主要由平流层极涡强度变化所引起的，即 在平流层低层大范围尺度的纬向风扰动，向下延伸到地表面，从而引起地表面的气候变化。 1 3 问题的提出与论文安排 以上我们分别对风暴轴以及北极涛动的研究现状作了简要的总结，本论文对以下几个 问题进行了探讨： ( 1 ) 风暴轴的观测特征有待进一步揭示。风暴轴一般在冬季最强，其季节变化也有 了一定的研究，但是其年际、特别是年代际的变化特征，目前还不十分清楚。 因此，捌用更长的数据，对风暴轴的结构及其时间演变特征进行进一步的探讨。 ( 2 ) 关于风暴轴与a 0 的关系，目前这方面的研究还很缺乏，因而拟从风暴轴区域的 天气尺度涡动的分布与大气内部能量的传播入手，讨论二者之间的联系。 本论文将紧密围绕以上几个方面，全面而详细地研究这些问题，文章的章节安排如下： 第二章介绍了数据和文中所使用的方法 第三章从水平、垂直的角度，研究了风暴轴5 6 年平均的空间分布，另外，采用 多种统计方法，研究了风暴轴中心强度，经、纬度，面积指数的年际、 4 年代际交化规律。 第四章把a o 与北太平洋风暴轴联系起来，利用合成分析等方法，研究t - 者之 间的联系并探讨了可能存在的机制。 第五章即论文的最后一部分，是全文的总结。 参考文献 1 b l a c k m o n , m l ac l i m a t o l o g i c ls p e c t r a ls t u d yo ft h e5 0 0 r n bg e o p o t a n t i a lh e i g h to ft h e n o r t h e r nh e m i s p h e r e j a t m o s s e i ，1 9 7 6 ，3 3 ( 8 ) ：1 6 0 7 1 6 2 3 2 b l a c k m o n ，m 1 ，j m w a l l a c e ，n c l a u ，e ta 1 a no b s e r v a t i o ns t u d yo ft h en o r t h e r n h e m i s p h e r ew i n t e r t i m ec i r c u l a t i o n j a t m o s s c i ，1 9 7 7 ，3 4 ( 7 ) ：1 0 4 0 1 0 5 3 【3 l a u ，n - c ，t h es t r u c t u r ea n de n e r g e t i co ft r a n s i e n td i s t u r b a n c ei nt h en o r t h e r nh e m i s p h e r e w i n t e r t i m ec i r c u l a t i o n j a t m o s s c i ，1 9 7 9 ，3 6 ( 6 ) ：9 8 2 9 9 5 【4 t r e n b e r t h k e o b s e r v e ds o u t h e r nh e m i s p h e r ee d d ys t a t i s t i c sa t5 0 0 r o b ：f r e q u e n c ya n d s p a t i a ld e p e n d e n e e j 】j a t m o s s c i ，1 9 8 1 ，3 8 ( 1 2 ) ：2 5 8 5 2 6 0 5 【5 h o s k i n sb j ，v a l d e sp j o nt h ee x i s t e n c eo fs t o r mt r a c k s 们ja t m o ss c i ，1 9 9 0 ，4 7 ( 1 5 ) 1 8 5 4 - 1 8 6 4 【6 】邓兴秀 1 6 5 1 7 0 7 】朱伟军 1 0 2 1 孙照渤北半球风暴轴的时间演变特征 j 南京气象学院学报，1 9 9 4 ，1 7 ( 2 ) ： 北半球风暴轴的时空演变及其可能机制p 南京：南京气象学院，1 9 9 6 ，6 8 c h a r n e yjq t h ed y n a m i c so fl o n gw a v e si nab a r o c l i n l cw e s t e r l yc m l s n t j 】jm e t e o l 1 9 4 7 ，4 ( 5 ) ：1 3 5 - 1 4 6 【9 s i m m o sa j ，h o s k i n sb j ，b a r o t r o p i ci n f l u e n c e so nt h eg r o w t ha n dd e c a yo fn o n l i n e a r b a r o c l i n i cw a v e s j j a t - m o ss c i ，1 9 8 0 ，3 7 ( 8 ) ：1 6 7 9 - 1 6 8 4 f 1 0 f r e d e r i k s e nc s ，f r e d e r i k s e nl s ，m o a s o o nd i s t u r b a n c e s ，i n t r a s e a s o n a lo s c i l l a f i o n s ， 5 t e l e c o n n e c t i o np a t - t e r mb l o c k i n g ，a n ds t o r mt r a c k so f t h eg l o b a la t m o s p h e r ed u r i n gj a n u a r y1 9 7 9 ： l i n e a r t h e o r y j j a t m o ss o l ，1 9 9 3 ，5 0 ( 1o ) ：1 3 4 9 - 1 3 7 2 11 l e e s l i n e a rm o d es a n ds t o r m t r a c k si nat w o l e v e lp r i m i t i v ee q u a t i o nm o d e l j ja t m o s s c i ，1 9 9 5 ，5 2 ( 1 1 ) ：1 8 4 1 - 1 8 6 2 1 2 1 m a k m ，c a i m l o c a lb a r o t r o p i ci n s t a b i l i t y 啊j a t m o ss c i ，1 9 8 9 ，4 6 ( 2 1 ) ：3 2 8 9 3 3 1 1 1 3 c a i m , m a k m o nt h eb a s i cd y n a m i c so fr e g i o n a lc y c l o g e n e s i s j ja t m o ss c i ，1 9 9 0 ， 4 7 ( 1 2 ) ：1 4 1 7 1 4 4 2 1 4 l e e s l o c a l i z e ds t o r mt r a c k si nt h ea b s e n c eo fl o c a li n s t a b i l 时 j ja t m o ss c i ，1 9 9 4 ， 5 2 ( 7 ) ：9 7 7 - 9 8 9 1 5 c h a n g e k m ，o r l a n s k i i o nt h ed y n a m i c so fas t o r mt r a c k j ja t m o ss c i ，1 9 9 3 ， 5 0 ( 7 ) ：9 9 9 - 1 0 1 5 1 6 l e e w j ，m a k m d y n a m i c so fs t o r mt r a c k s ：al i n e a ri n s t a b i l i t yp e r s p e c t i v e j ja t m o ss c i ， 1 9 9 5 ，5 2 ( 6 ) ：6 9 7 - 7 2 3 1 7 w h i t a k e i l i s ，b a r c i l o n a t y p ebc y c l o g e n e s i si naz o n a l l yv a r y i n gf l o w j ja t m o s s c i ，1 9 9 2 ，4 9 ( 1 5 ) ：1 8 7 7 - 1 8 9 2 【1 8 l e ewj ，m a k m t h er o l eo f o r o g r a p h yi nt h ed y n a m i c so f s t o r my a c k s 明ja t m o ss c i ， 1 9 9 6 ，5 3 ( 1 2 ) ：1 7 3 7 - 1 7 5 0 1 9 朱伟军，孙照渤，闵锦忠，彭加毅冬季赤道中东太平洋区域海表温度异常对北太平 洋风暴周年际变化的影响热带气象学报，2 0 0 0 ，1 6 ( 1 ) ：9 1 - 9 6 2 0 朱伟军，孙照渤冬季黑潮区域海温异常对北太平洋风暴轴的影响应用气象学 报，2 0 0 0 11 ( 2 ) ：1 4 5 1 5 3 2 1 朱伟军，孙照渤，钱明冬季赤道西太平洋海温异常对太平洋风暴轴影响的数值 试验南京气象学院学1 9 9 8 ，2 1 ( 1 ) ：3 2 3 9 2 2 朱伟军，孙照渤e n s o 事件对冬季北半球太平洋风暴轴维持的影响南京气象学院 学报1 9 9 8 ，2 1 ( 2 ) ：1 8 9 - 1 9 5 2 3 g u d r u n m ag n u s d o t t i rc l a r ad e s e r , & s a r a v a n a n t h ee f f e c t so f 6 n o r i l la t l a n 6 cs s ta n ds e ai c ea n o m a l i e so n _ 【h ew i n t e rc i r c u l a t i o ni nc c m 3 p a r ti ：m a i n f e a t u r e sa n ds t o r mt r a c kc h a r a c t e r i s t i c so f t h er e s p o n s e 2 4 h o l o p a i n e n , e o ，r o n t u l ，l a u n - c t h ee f f e c to fl a r g e 。s c a l et r a m i e n te d d i e s o n t h et i m e m e a nf l o wi nt h ea t m o s p h e r e j ja a n o ss c i ，1 9 8 2 ，3 9 ( 9 ) ：1 9 7 2 - 1 9 8 4 2 5 h o s k i n s ，b j ，j a m e si n ，w h i t eg h t h es h a p ep r o p a g a t i o na n dm e a n - f i o wi n t e r a c t i o no f l a r g e s c a l ew e a t h e rs y s t e m j ja n n o ss c i ，1 9 8 3 ，4 0 ( 7 ) ：1 5 9 5 _ 1 6 1 2 2 6 h o s k i n s ，b j m o d e l i n go f t h et r a n s i e n te d d i e sa n d t h e f tf e e d b a c ko nt h em e a nf i o w c i n ：h o s k i n sb j ，p e a r c e r p , e d s l a l g e s c a l ed y n a m i c a lp r o c e s s e si nt h ea t m o s p h e r e m - l o n d o n ：a c a d e m i cp r e s s ，1 9 8 3 1 6 9 - 1 9 9 2 7 t r e n b e r t h ，k e ，m o k c b l o c k i n gi nt h es o u t h e r nh e m i s p h e r e j m o nw e ar e v , 1 9 8 5 ， 1 1 3 ( 1 ) ：3 - 2 1 2 8 t r e n b e r t h , k e a na s s e s s e m e n to ft h ei m p a c to ft r a n s i e n te d d i e so nz o n a lf l o wd u r i n ga b l o c k i n ge p i s o d eu s i n gl o c a l i z e de l i a s s e n - p a l mf l u xd i a g n o s t i c s j ja t m o ss c i ，1 9 8 6 ，4 3 ( 1 9 ) ： 2 0 7 0 - 2 0 8 7 2 9 r o b i n s o nw a t h ed y n a m i c so f l o w - f r e q u e n c yv a r i a b i l i t yi nas i m p l e m o d e lo f t h eg l o b a l a t m o s p h e r e j ja t m o ss c i ，1 9 9 1 ，4 8 ( 3 ) ：4 2 9 4 4 1 3 0 n a k a m u r a h ，w a l l c ej m o b s e r v e dc h a n g e si n b a r o c l i n i cw a v ea c t i v i t yd u r i n gt h el i f e c y c l e so f l o w - f r e q u e n c yc i r c u l a f i o na n o m a l i e , , 叨j a t m o ss c i ，1 9 9 0 ，4 7 ( 9 ) ：1 1 0 0 - 1 1 1 6 3 1 h i g g i n sr w ：s c h u b e r ts , d l o w - f r e q u e n c ys y n o p t i c - e d d ya c t i v i t yi nt h e p a c i f i cs t o r m t r a c k j j a t m o ss c i ，1 9 9 3 ，5 0 ( 1 2 ) ：1 6 7 2 - 1 6 9 0 3 2 t r e n b e nk e i n t e r a n n u a lv a r i a b i l i t yo ft h es o u t h e r nh e m i s p h e r ec k c u l a t i o n ：r e p r e s e n t a c t i v e n e s so f t h e y e a ro f t h eg l o b a l w e a t h e re x p e r i m e n t j m o n w e a r e v , 1 9 8 4 ，4 3 ( 1 ) ：1 0 8 1 2 3 3 3 k a r o l yd j t h er o l eo ft r a n s i e n te d d i e si nl o w - f r e q u e n c yz o n a lv a r i a t i o n so ft h es o u t h e r n h e m i s p h e r ec i r c u l a t i o n j t e l u s ，1 9 9 0 ，4 2 a ( i ) ：4 1 _ 5 0 3 4 m a r kp b a l d w i n w e a t h e rf r o mt h es t r a t o s p h e r e s c i e n c e ，v 0 1 3 0 1 ，1 8 j u l y , 3 1 7 3 1 9 3 5 t h o m p s o nd w ：w a l l a c ejm ，h e g e r lgc a n n u l a rm o d e si nt h ee x t l at r o p i c a lc k c u l a t i o n - 7 p a r t ：t r e n d s jc l i m a t e ，2 0 0 0 ，1 3 ( 5 ) ：1 0 1 8 1 0 3 6 3 6 d e s e r ，c o nt h et e l e c o n n e c t i v i l i t yo ft h e a r c t i co s c i l l a t i o n o e o p h y s r e s l e t t ，2 7 7 7 9 7 8 2 3 7 t h o m p s o ndw ，w a l l a c e jm t h ea r c t i co s c i l l a t i o ns i g n a t u r ei nt h ew i n t e r t i m e g e o p o t e n t i a lh e i g h ta n dt e m p e r a t u r ef i e l d s g e o p h yr e sl e t t ，1 9 9 8 ，2 5 ( 9 ) ：1 2 9 7 - 1 3 0 0 3 8 t h o m p s o ndw ，w a l l a c ejm r e g i o n a lc l i m a t ei m p a c t so ft h en o r t h e r nh e m i s p h e r e a n n u l a rm o d e s d e n c e ，2 0 0 1 ，2 9 3 ：8 5 8 9 3 9 w a n gj ，i k e d am a r c t i co s c i l l a t i o na n da r c t i cs e ai c eo s c i l l a t i o n g e o p h yr e sl e r 2 0 0 0 2 7 ( 9 ) ：1 2 8 7 - 1 2 9 0 4 0 g o n gdy ，w a n gsw ，z h ujh e a s ta s i a nw i n t e rm o n s o o na n da r c t i co s c i l l a t i o n g e o p h yr e sl e r ，2 0 0 1 ，2 8 ( 1 0 ) ：2 0 7 3 - 2 0 7 6 4 1 b l a c krx s t r a t o s p h e r ef o r c i n go fs u r f a c ec l i m a t ei nt h ea r c t i co s c i l l a t i o n jc l i m a t e ， 2 0 0 3 ，1 6 ( 2 ) ：3 3 6 - 3 4 1 ， 4 2 t h o m p s o ndw ，w a l l a c ejm a n n u l a rm o d e si nt h ee x t r at r o p i c a lc i r c u l a t i o n p a r ti m o n t h - t o m o n t hv a r i a b i l i t y jc l i m a t e ，2 0 0 0 ，1 3 ( 5 ) ：1 0 0 0 - 1 0 1 6 8 第二章资料和方法 2 1 资料 本文选用的资料具体如下： ( 1 ) 风场( u 、v 、w ) 、位势高度场( h ) 和气温场( t ) 资料：取自n c e p n c a r l 9 7 9 2 0 0 4 年5 7 年( 1 i 、1 2 、i 、2 、3 月) 8 个等压面层( 1 0 0 0 ，8 5 0 ，7 0 0 ，5 0 0 ，4 0 0 ，3 0 0 ，2 0 0 ， l o o h p a ) 的全球2 6 。x 2 5 。再分析逐日网格资料。 ( 2 ) 北极涛动( a o ) 指数资料：n o a a 气候预测中心公报的1 9 5 0 年1 月至2 0 0 6 年2 月的 北极涛动指数资料。 2 2 方法 2 2 1 对风场、位势高度场和气温场资料的处理 本文采用w a l l a c e 所用的3 1 点数字滤波器，其具体原理为：对任意一输入时间序列 x ( t ) ，其滤波结果即输出序列y ( t ) 可以由下式计算得出： 1 5 y ( t ) = a x ( t - k ) ( 2 1 ) k = - 1 5 其中8 , t 为滤波系数，已由表2 1 给出。 表2 + 1 3 1 点带通滤波器滤波系数 a o = 0 4 4 4 0 0 7 8 1 a 1 _ 一0 0 6 0 9 16 6 3 a 。= 一0 2 8 5 0 2 3 5 1 a 3 = o 0 6 4 5 0 8 5 6 a 。= 0 0 4 1 7 4 3 3 1 a 5 = o 0 3 2 6 2 6 3 2 8 8 = o 0 3 3 2 7 5 8 8 a 8 = 一0 0 2 0 8 6 6 5 6 a 9 = 一0 0 0 5 3 8 4 11 a 1 0 = 0 1 0 3 2 4 5 6 a i i = 0 0 0 9 4 4 6 0 3 a 1 2 _ 0 0 0 6 3 8 7 3 2 a 1 3 = 一0 0 0 3 7 3 0 7 5 a 1 4 ：0 0 0 7 2 2 2 8 0 9 a 7 = 一0 0 3 9 5 4 5 6 68 l s = o 0 0 3 2 8 2 4 7 在实际滤波过程中，由于这里是3 1 点滤波器，因此输入时间序列的长度需要比输出时 间序列的长度往前、后各延长1 5 天，具体来讲，比如要得到1 月3 l 天( 1 1 1 3 1 ) 的滤 波资料，原始资料必须提供前一个月下半月( 1 2 1 7 1 2 3 1 ) 和下一个月上半月( 2 1 2 1 5 ) 的资料。这种滤波器的缺点是资料的长度要求严格，但是由于每一天都考虑了前、后备1 5 天的影响，因而滤波结果更准确、更合理。 具体资料的滤波处理“1 如下：对任意一物理量场，利用上述滤波器可以从原始逐日资 料中滤出各层、各格点上其2 5 6 d 的瞬变涡动，然后把滤波资料按胃份分成每月一段， 并对每月一段各自计算其方差，冬季平均是指对上年1 2 月和次年i 、2 月这3 个月的平均， 用以代表某场、某年、某季的平均状况。 2 2 2 分析方法 研究工作中主要采用了合成分析、小波分析、e o f 分析等方法。下面对其中一些方法 进行说明。 ( 1 ) 经验正交函数分解方法( e o f ) ” 功能：从一个气象场多次观测资料中识别出主要空间型及其时间演变规律。 方法：对任意个气象变量场x ( m 为观测站数或格点数，1 3 为样本长度) x = 并l i 石1 2 工l ， 一 z i x 2 1x 2 2x 2 ，z 2 n x 1 1x 1 2x “x m 工m 1z m 2 x 可 。 石n 对变量场进行距平化或标准化处理，然后计算其协方差距阵：s = x x t ，t 表示转值。当 m n 时，需要做时空变换。利用j a c o b i 方法求协方差距阵：s = x x t 的特征值( ) 和特征 向量( 矿) ，将特征值按大小顺序排队： 如以0 ，并求出其对应时间系数： j 0 r = 矿x ，再分别计算每个特征向量的方差贡献：r = 五 ，( k = 1 、2 、3 、 j = 1 及前p 个特征向量的累积方差贡献：g ：妻 妻丑，( p 天气尺度扰动方差分布( 图 3