（气象学专业论文）热带异常风场的谐波分析.pdf

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：垡童蕴 日 期：弛& ：艺，主 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： 至童溢 日 期： 2 鲤& ：主：主 热带异常风场的谐波分析 中文摘要 本文在l o r e n z 环流分解基础上给出了热带( 3 0 0 s 3 0 0 n ) 月异常风场多年 序列缈( r ) ) 的一个谐波分析方案。用它分析了热带8 5 0 、2 0 0 h p a 等压面逐月 1 9 4 8 - 2 0 0 6 年的彤( f ) ) ，结果表明：1 ) 。( f ) ) 总模方s 中定常波异常( f ) 的模方s 峰远大于纬向均匀异常“y ( f ) 】) 的模方【s 】，这与气候风场矿模方季以信 风为主的谱结构有显著差异。异常风场 y 模方s 高值带和定常波异常模方拟 合率p ”高值带纬际差异和季节变化明显。2 0 0 h p a 逐月各纬异常场 y 谱结构 较8 5 0 h p a 简单。1 、7 月纬向平均异常风【y 】模方具有明显的年际变化，但与强 e n s o 事件对应较弱。2 ) 定常波异常( f ) ) 的谱结构具有低维、低阶的特征。 除少数月份外，) 各月的模方拟合率n 二随i 朋i 波的增大迅速减小，i m l = 1 、2 波在定常波异常谱分析中重要性明显高于其他分量。l m l = l ，4 的定常波异常的模 方拟合率岛r 二l 大值区有明显的季节变化和纬际差异，2 0 0 h p a 较8 5 0 h p a 复杂。3 ) 热带全域8 5 0 、2 0 0 h p a 层l m i = 1 、2 波分量的异常存在明显的年际变化，它们的 位相和振幅与e n s o 关系密切。e 1n i n o 多数年份振幅1 月小于7 月：l an i n a 年振幅均偏大。e 1n i n o 年1 波位相偏西( 负异常) ，多数年份振幅偏小；+ 1 波 除2 0 0 h p a ( 7 月) 外，位相偏东( 正异常) ，多数年份振幅偏大；l an i n a 年则 呈现相反的特征。1 月l a n i n a 多数年份呈反位相，e 1n i n o 年则不明显：7 月则 相反。2 0 0 h p a 上，+ 2 波中，l a n i n a 多数年份1 、7 月呈反位相；7 月高低空也 成反位相。4 ) 热带8 5 0 、2 0 0 h p a l 、7 月，e n s o 冷暖期高低空都具有明显的环 流系统，对应着散度图上的辐散辐合区，环流异常显著，有利于环流的加强和 减弱，符合动力学原理。8 5 0 h p a1 月i m i = 1 、2 波异常与o n i 指数高相关；1 9 8 3 年强e 1n i n o 事件的y 中，昧、嘛环流意义清楚。因此，谐波分析方法是研 究热带异常风场时间序列时空结构的有效方法。 关键词：热带异常风场，谐波分析，l o r e n z 分解，e n s o 热带异常风场豹谐波分橱 a b s t r a c t t 赫sp a p e rp r e s e n t sah a r m o n i ca n a l y s i ss c h e m eo nas e q u e n c eo fm o n t h l y a n o m a l o u s 讲n d ( f ) i nt h et r o p i c a l f i e l d( 3 0 。s 3 0 嘲) o nb a s i so ft h e d e c o m p o s i t i o no fl o r e n z t h ea n a l y s i so ft r o p i c a l l ym o n t h l y y ( f ) w i t ht h ep r e s s u r e o nl e v e l s8 5 0a n d2 0 0f r o m19 4 8t o2 0 0 6s h o w s 也a t ：1 ) m o d u l es q u a r eo fs t e a d y w a v ea b n o r m a l i t i e ss ”i sm u c hi a r g e rt h a nt h a to ft h ez o n a lu n i f o i 1 1 1a b n o r m a l i t i e s 心】 i ti ss i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tf r o mt h es p e c t r a ls t r u c t u r eo fm o d u l es q u a r eso f c l i m a t o l o g i c a l 、航n d w h i c hi sm a i n l ya b o u tt h et r a d ew i n d s t r o n gm o d u l es q u a r eo f s t e a d yw a v ea b n o r m a l i t i e sa n di t sf i t t i n gr a t eo fa b n o r m a l l ys t e a d yw a v ev a r i e sw i t h l a t i t u d e s oa n ds e a s o n s 。w h o s es p e c t r a ls t r u c t u r ei sr e l a t i v e l ym o r es i m p l eo fl e v e l2 0 0 t h a nt h a to f8 5 0 m o d u l es q u a r eo fz o n a lw i n da n o m a l i e sh a so b v i o u s l y s i d e i n t e r a n n u a lc h a n g e s 。b u ti t sg r e a tv a l u el e s sc o r r e s p o n d st oe n s 0e v e n t s 2 ) ( # ) i sc h a r a c t e r i z e db yl o wd i m e n s i o na n dl o wo r d e r a p a r tf r o maf e wm o n t h s ， t h em o d u l es q u a r eo fa 1 1 t e r r a i na b n o r m a l l yu n s t e a d yw a v e r e d u c e sw i t ht h e i n c r e a s eo fl m l t h ec o m p o n e n t so f l m l = 1 、2a r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to fo t h e r c o m p o n e n t s 。s t r o n gm o d u l es q u a r eo fs t e a d yw a v ea b n o r m a l i t i e sa n di t sf i t t i n gr a t e o fa b n o r m a l l ys t e a d yw a v ev a r i e sw i t hl a t i t u d e s pa n ds e a s o n so fl 脚卜l ，4 ，w h i c hi s c o m p l x c do nl e v e l2 0 0t h a n8 5 0 。3 ) t h es t e a d y w a v ea b n o r m a l i t i e so fi m p o r t a n t c o m p o n e n t sl m l = l 、2 ，a l lh a v es i g n i f i c a n ti n t e m n n u a lv a r i a b i l i t y ，a n dt h ep h a s ea n d a m p l i t u d ea r er e l a t e dt oe n s o e v e n t sc l o s e l y 。t h ea m p l i t u d ei nt h em o s ty e a r so fe l n i n oi sl e s si nj a n u a r yt h a nt h a ti nj u l y , w h i c hi sl a r g ei nl a n i n ay e a r s t h ep h a s eo f 1w a v ei si nt h ew e s t ( n e g a t i v ea n o m a l i e s ) i nm o s ty e a r so fe 1n i n o , w h o s e a m p l i t u d ei ss m a l l 。t h ep h a s eo f + 1w a v ei si nt h ee a s t ( a n o m a l i e s ) i nm o s ty e a r so f e ln i n o w h o s ea m p l i t u d ei sl a r g ee x c e p tj u l yo fl e v e l2 0 0 ，a n dt h ep h a s ei st h e o p p o s i t ei nj u l y i ti sa n t i r e l a t e do ft h ep h a s eo fl an i n a , a n di ti s n to b v i o u so f e l n i n oi nj u n u a r y 。i ti si nc o n t r a r yo fj u l y 。am a j o r i t yo fa n t i - l an i n ap h a s ee x s i ti n j a n u a r ya n dj u l yo fl e v e l2 0 0o f + 2w a v e 。a t 也es a m et i m e ，i tb e c o m e st h e a n t i p h a s eb e t w e e nl e v e l s2 0 0a n d8 5 0i nj u l y 。4 ) c i r c u l a t i o nv a r i e ss i g n i f i c a n t l y ，a n d i ti sc o n d u c i v et os t r e n g t h e n i n ga n dw e a k e n i n gc i r c u l a t i o n ，w h i c hm e e t st h ek i n e t i c t h e o r y s t e a d yw a v ea b n o r m a l i t i e s i sa s s o c i a t e dw i t hi n d e xo n ih i g h l y t h e c i r c u l a t i o ns i g n i f i c a n c eo f 蜡、碟i sc l e a ri nt h es t r o n ge ln i n oe v e n t so f19 8 3 。 t h e r e f o r e 。h a r m o n i ca n a l y s i si sv e r ye f f e c t i v et os t u d yt h et r o p i c a ls t r u c t u r eo ft h e s p a c e - t i m eo fa n o m a l o u sw i n d k e yw o r d s ：t r o p i c a l a n o m a l o u sw ：m d ；h a r m o n i c a n a l y s i ss c h e m e ；l o r e n z d e c o m p o s i t i o n ；e n s o 2 热带异常风场的谐波分析 第一章绪论 _ i 1 热带风场分析的意义 热带( 3 0 0 s - 3 0 a n ) 面积约占全球面积之半，从能量的观点来看，热带地气 系统是全球地气系统能源所在h - 3 1 ，热带地气系统获得热量及西风焦动量，通 过海洋及大气环流向热带外地区传输维持了全球海洋和大气环流；而由热带高 温洋面蒸发进入大气的水汽，也部分地由大气环流输送至热带外地区，成为该 区降水的主要水汽来源洚嘲。因此，热带地气系统环流的研究是气象学的重要 课题，它对于理解全球大气环流的维持及异常具有十分重要的意义。 众所周知，赤道附近准地转关系不能成立，热带风场与降水的关系较气压 场更密切，故热带环流更多地用风场而不是气压场来表示l l - 2 1 。在热带月平均风 场的分析中，旱己发现它存在鞠显煞纬向差异、季节变化和年际异常 5 - 7 1 。因此， 基于短期气候预测目的热带环流分析，主要以热带月平均风场为研究对象。 1 2 热带风场分析研究进展 热带风场的分析经验f 3 1 和动力学研究1 - 2 1 指出，热带风场分析的主要层次为 8 5 0 、2 0 0 h p a 。从1 9 7 9 年的季风试验( m o n e x ) 溺到1 9 9 0 sn c e p n c a r 和 e c m w f 的全球大气资料再分橱 9 - 1 0 】为这种分析提供了丰富的资料。 在热带月平均风场的气候及异常分析中，w a l k e r ( 1 9 3 0 ) 早已发现它们与 热带海表温度分布的异常存在密切的关系，由此给出了南方涛动( e n s o ) 概念 1 1 1 。1 9 8 0 s 以来，溷绕热带胃平均风场异常与e 1 n i n o 、l a n i n a 事件关系进行了 大量研究眇1 3 1 ，j b j e k n e s 1 3 1 给如了描述热带海气系统异常联系的e 1 n i n o - s o ( 简称e n s 0 ) 的概念。作为大气、海洋气候变化中的强信号，e n s o 对全球气 候有十分重要的影响f l 稍。中国学者在探讨e i n i n o 事件形成和维持方面做了许多 研究。例如瓣e 1 n i n o 形成前出现在赤道太平洋中西部的嚣风异常，李崇银等 热带异常风场的谐波分析 认为它与e 1 n i n o 事件上一年冬季东亚频繁的寒潮活动有关；阮均石、施能等【1 6 1 指出这种蟊风异常的出现与前期低纬度热带风暴异常活跃有关。阮均石【7 1 利用 e i n i n o 和l a n i n a 事件形成当年夏季( 7 月) 和次年夏季作胃平均合成距平风场对 比分析的方法指出中西太平洋近赤道地区8 5 0 、2 0 0 h p a 上风场异常变化十分明 显，这种异常变化与南北半球大气相互作用有密切关系；黄荣辉l l s j 则强调赤道中 太平洋暖池的作用，谈力海气相互俸雳可激发出露风异常。又如，高士英等【1 9 】 则指出在e 1 n i n o 事件前期印度洋、中谣太平洋低纬区越赤道气流较强，也与东 南太平洋地区冬季风异常有关。值得指出的是，中。西太平洋近赤道地区这种风 的异常与来自南北半球高纬区的越赤道气流舜常，尤其是经澳大利亚和阿留申 地区的风场异常有密切关系。 上述研究启发人们应从更广阔的角度去分析热带风场的异常。高士英、王 静曙【捌利用综合海洋大气( c o a d s ) 资料和逐月纬向和经向风的平均值的方法对 东太平洋表面海温进行了相关分析，得出在e n s o 发生前，印度洋赤道地区有 纬向疆风偏强和经向北风偏强，与南印度洋的气旋性环流加强楣联系，东亚强 的冬季风可影响印度尼西亚纬向西风的异常；e n s o 发生时，异常情况完全相 反。r a s m u s s o n 等f 2 1 1 人的气候合成结果表明，在e n s o 发生初期，赤道中西太 平洋纬向风距平的符号有微弱的改变。这说明e n s o 事件的发生和发震与西太 平洋地区低空纬肉风的异常变化有密切的关系。武建平等【2 2 】利用逐月8 5 0 h p a 风的纬向、经向分量及其距平，分析了其与e n s o 事件的关系。解明恩、刘瑜 婆3 1 等根据目前的海洋大气资料，对普遍关注的1 9 9 7 年3 月在热带太平洋开始 形成的一次新的强e n s o 事件进行了诊断研究，发现赤道中、东太平洋大范瞩 持续增温1 4 0 c 、热带印度洋海温也同步增暖；指出南方涛动指数s 0 1 虽然维 持异常低值、但不如1 9 8 2 1 9 8 3 年强。赤道太平洋对流屡低层信风异常减弱， 高层东风加强，o l r 低值中心和最大负距平中心东移，赤道中太平洋对流活动 4 热带异常风场髂谐波分耩 加强，环太平洋沿岸热带地区出现明显旱涝异常。大量分析表明，热带太平洋、 印度洋送域风场的异常与e 1 n i n o 、i a n i n a 事件有妻接联系 2 4 - 2 5 。 葛玲【2 6 1 利用a m o n a m a r q u e s a s l s ( 9 | 毒8 。s , 1 3 9 2 。聊站对流层最大鹾风层 ( 1 5 0 h p a ) 和最大东风层( 8 5 0 h p a ) 纬向风异常值的差值，构造了赤道中、东太平洋 w a l k e r 环流强度指数i d 。并对l d 、平流鼷下部q b o 西风位相的长度和起始季 节与e n s o 事件煞联系进行了研究，裙步证鳃可焉l 曩指数表征赤道中、东太平 洋对流层w a l k e r 环流强度。林永辉、林舂育【2 7 舶1 利用w a u a e e 等的单点相关相 关法，研究了低纬纬向风年际振荡的遥相关结构。 杨燕、朱拖真等f 嘲将风场数据进行带通滤波，然后进步选取热带大气环 流主要变动的纬向风进行经验正交分橱发现8 5 0h p a 纬惫风场的第l 主分量 ( e o f ，1 ) 的空间分布主要特征是赤道区的纬向差异，它们和时间系数合在起， 才能确定西风异常和东风异常。张冬娅、胡雄等【3 锈采用全相关分析( f u l l c o r r e l a t i o na n a l y s i s ，f c a ) 7 法褥捌大气熙场剖蟊，利用穗关性震分析计算风场 分析中间层、低热层的大气风场变化特征，褥到风场存在季节变化，也存在年 与年的变化。庞听、吴洪宝【3 l 】取1 0 h p a 和7 0 h p a 上沿赤道平均的纬向风的标准 化距平之差研究了赤道低平流层纬向风垂直切变与e n s o 交率闻的关系。结栗 得出，赤道低平流层纬向风的垂直切交呈现骧显的准两年振荡，s o i 翻n i n 0 3 区s s t a 的准两年周期成分与赤道低平流层纬向风垂直切变分别呈现反位相和 同位相关系。 歇全震、黄荣辉 3 2 1 认秀定常波酶异常是在瞬交酶涡度遴量辐含静异常有抵 消或耗散辐敖风产生的涡度源异常的趋势强迫力薛共同作用下维持的，壤此热 带和赤道中东太平洋上的涡度源异常对太平洋t ：l k 美地区的大气环流异常起了 重要的作用。徐建军、朱乾根 3 3 】等运用相关及滑动相关的计算技术，讨论了近 百年东亚冬季风与循饔魏捆互关系及其年代际异常。研究表臻东蓝冬季风与蠢 燕赘异常风场静谐波分轿 道东太平洋海温的年际关系具有年代际的变化特征；季风与e n s o 循环觞关系 受笺攀葳懿q b o 以及季风蒜洋携年代际鹜爨场配置关系戆共露终震；姿季熙 与海洋照鸳爨场处予露榉状态对，强冬季风畜剃予第二年冬攀赤道东太平洋的升 温，产生e 1 n i n o 事件；当两者的背景场处于反位相状态时，强冬攀风对应于第 二年冬季的l a n i n a 位福。 在热带熙场酶分耩牵，谐波分辑方涟是其孛一种重要方法。j j 。s t e p h e n s t 3 4 1 提出髑傅立时麴方法对有限域上的流酗数和速度势作周期展开，在计算过程中 不涉及到迭代问题；他们曾对地面风场作了试验，取得了较好的效果。周正强穑辩 在j j s t e p h e n s 提惠焉蒋立峙酶方法麓基懿上，裁震二维快速薄氏法( f f r ) 将 格点风绣分解建瓣藤风鞠教麦藏，研究认为分解委静漉场符合天气动力学原理， 能够撼述流场的基本特征。朱训生、薛秉源【3 6 1 分析了离散傅立叶变换和复与寓 傅立叶级数的相甄关系及其应用，阐述了圭1 次谐波剿据。 近年来，裂蔫谐波分褥方法来醑嚣燕繁风场异常簿方案基受关注。蒋统熬 谐波分析方法层广泛应用予中纬月平均高度场纬向谱结构麴分析【3 ”8 1 ，它具有 许多优点( 窖观、定量) ，其分析成果至今仍在短期气候预测中被应用。但传统 的谐波分析对象是标量糯，不髓直接耀子低纬胃平均鬣场豹分析。文献 3 9 1 在对 低纬舟平均环流气候态多车平均室阕谱绻蒋终定量分耩嚣，绘爨了低纬气 候( 多年月平均) 风场豹傅立时分析方案，将其用于1 月8 5 0 h p a f f 的分析， 揭示了其低维、低阶的特征。它所给的0 波的环流分量题热带信风带，非0 波 环流是风蛹定常渡，意义菲常甓确。 。3 本文主要巍容 本文的主要媳容是：l 给堪低纬胄异常风场多年序列彤x 善= l ，r ，的谐波 分析方案；2 ) 将其用于热带( 3 0 0 s 一3 0 0 n ) 8 5 0 、2 0 0 h p a 异常风场序列的分析， 阐明其波谱结构特征；3 ) 初步分析风场主桑波分爨异常每拜强遣事辞麟s 0 靛 6 热带异常风场的谐波分析 关系。目的在对热带风场谱结构特征作出定量的分析，并通过它们分析低纬风 场异常的成因，为低纬风场异常在我国短期气候预测中的应用寻找线索。 7 热带异常风场的谐波分析 2 1 资料 第二章资料与方法 试验使用n c e p n c a r 再分析8 5 0 h p a 热带区域( 3 0 0 s 3 0 0 n ) 的月平均风 场资料【9 嘲，资料给出在均格距经纬矩形格点网上，格点( 歹，囊) 缀于经、纬度 a ，= 歹从、毂= k a g o 上，触= 9 = 2 5 。，时段为1 9 4 8 - 2 0 0 6 年。其中，t 年 风场v ( t ) 的离散复数形式为 v u ，k ，f ) = u u ，k ，t ) + i v ( j ，k ，f ) ( 1 ) 歹= j 沥，k = - 1 2 , 1 2 ，t = 一1 , 5 9 2 2 风场的l o r e n z 环流分解 、 按环流分解【6 】，f 年沿g o 纬圈的风场r ( g o ，f ) 可作时域( f = 行) 、空域 ( 九毫( - z ，t 】) 域上的分解，得 y ( g o ，t ) 一【矿】( g o ) + 旷和) + r 】( g o ，0 + y ”( g o ，t ( 2 ) 其右端第1 、2 项为气候风场中的纬向乎均部分、定常波，其和构成f ( g o ) ，是 文献【3 9 】的分析对象。3 、4 项为异常风场中的纬向均匀、非均匀部分( 也称纬 向均匀异常、定常波异常) ，其和构成y ( g o ，f ) ，是本文的分析对象。式中，一、 【】、分别为时闻平均、纬圈平均、距平、纬偏算符。 2 3 风场的谐波分析方案 本文的分析对象是某层、某月热带区域d ( 它是g o 【3 0 0 s ，3 0 0 n 的球带) 上 的风场多年序列( f ) ，f = l ，t ，简记为缈( f ) 。( ，) ) 是空间二维( 9 ，允) 场的时 闻序列，它幽d 域各纬曛上的空间一维( 是) 风场时闻序列缈( g o ，f ) ，t = 董，t 构成， 后者简记为 v ( g o ，f ) 。因为f 年g o 纬风场y ( g o ，t ) 是傅氏分析的基本对象，v ( t ) 、 、彤”) 的模方分柝方案； 模方分析方案涉及的全部统计量汇集于表1 、2 。模方分析是热带异常风场时间 序列傅立叶分析的重要组成部分。 表l ay ( 妒，t ) 、v ”( 仍f ) 模方分析统计量 分析对象 v ( 妒，t )v ”( 9 ，) 模方 m 、i m l 波模方 s ( 妒，f ) 爿lv + ( 妒，f ) 1 1 2 s 。( 妒，f ) = l lv ”( 妒，f ) i 1 2 静，f ) = n 吒和，t ) 1 1 2 ( 妒，f ) 司1 i 印，t ) 1 1 2 m q m l 波模方拟合率蠢( 9 ，f ) = 爰，t ) s ，f ) | ( 9 ，f ) = 蕞l ，t ) s ”，o i 一| li 酬 累积模方拟含率名| 静，d = 艺t ( 仍f )嗡妇，f ) = ( 9 ，f ) 1 0 h 1 娃 妒 妒 渖妇 卅 肿 晰瓜磊以 ，-lli-lllj、ill-il【 缈缈够 k k a 一么么 ， ， ， 、，、，、， r f f 9 妒 9，l、 0 0 k 么蔗 一 一 一 ，k，l，l、 ，f，i 热带异常风场的请波分析 袭l b p ( 9 ，f ) 、”劬，f ) ) 模方分析统计量 分析对糠( 妒，f ) )4 ( 妒，) 模方s 。( 缈) = s + 和，f )s 静) = s 和，0 雕、| 嘲波模方 墨静= 鑫和，磅嘞静= 嘞静，) 掰珑| 波模方掇合率 丸( 奶= 彩，s 。)静) = ) ， 累积模方拟含率墙( 9 ) = 艺t ( 妒)罱( 妒) = 西 如) 表2 av + 0 ) 、v ”( f ) 模方分析统计量 分析对象y + ( f )v ”( d 模方s ) = 1 1 v ) | | 2 矿8 ) 罨l 矿”( t ) i t 2 磁、| 嘲波模方 8 拦e 鑫静，。s 妒却硝国= e 静，| ) e e s 擎却 m , i m l 波模方羧合率 贰瓣= s f o s ( )菇l = 7 ) 累积模方拟含率硝) = t ，)嗡( ) = 蕊 ( f ) 表勰 y ( ) 、 y ”国 模方分橇统计量 分析对象4 ) v ” 穰方 掰 蚓波摸方 s = y s f j 、7 f = 窖) f - 1 1 波模方拟台攀 以= s s 。= s ” f 嘞= 嘞) f = 站8 ” 热带异常风场的谐波分析 第三章先给出8 5 0 、2 0 0 h p a 逐月异常风场缈( 乙) ，t = 1 , 1 2 l o r e n z 环流分解 的模方分析，第四、五章分别给出 y ( f ) 】) 及 y ”( f ) ) 谐波的谱结构及其随纬度、 季节变化的规律。 1 2 热带异常风场的谐波分析 第三章 异常风场彤 ) ) 的模方分析 3 1 8 5 0 h p a v ( f ) ) 的模方分析 按( 2 ) 式的三。坨，l z 环流分解， y ( f ) 被分解为 【矿( f ) 】 和 y ( f ) 两个部分， 下面分层给出异常总模方两个分量的模方对总模方的贡献，以及它们随纬度、季 节的变化。 3 1 1 总模方、总模方拟合率分析 这里，总指维( 妒纬度纬圈) 或二维( 热带区域d ) 场序列的模方和。 表3 给出了逐月d 域t 年( 咙。) 的总模方s 、纬向均匀异常模有拟合率【p 】、 定常波异常模方拟合率p ”。作为比较，给出了文献 4 0 同期相同层次气候风场 或如的箩、【冈、p 一。按傅氏级数结构，表中【p 卜戍、【声】= 蔬。可见：1 ) d 域t 年各月异常风场模方s 的时间平均s 远小于气候场模方季；由此求得d 域 上二者的特征速率l v | ( 异常风速率的时、空平均) 鳃显小于问，敖逐月8 5 0 h p a 热姑气候风场是稳定的。2 ) 在异常风场缈。( f ) ，总模方的构成中，各月8 5 0 h p a 纬向均匀部分】( 主要是信风异常) 只占约1 1 0 甚至更少；而各月异常风场 的纬偏分量( 器瑟定常波异常) 的p ”接近9 0 甚至更高，敲全年定常波异常风场 y ”极其重要。丽在d 域t 年逐月气候风场矿总模方的构成中，除北半球春来、 夏季( 5 - 8 月) 外，纬向均匀部分均超过纬偏分量( 即定常波) 。 因此，d 域t 年砸月8 5 0 h p a 热带风场异常主要由定常波异常引起降o l 。 1 3 热带异常风场的谐波分析 表31 9 4 8 - 2 0 0 6 年热带全域8 5 0 h p a 逐月( f ) ) 、v 一的l o r e n z 环流分解模方分析 ( 模方s ( m 2 s e c 2 ) 及模方拟合率】、p 4 ( ) s2 0 9 42 2 1 91 8 7 8 1 6 2 51 7 3 31 6 3 2 异常 眇。】 1 0 21 0 31 0 08 77 59 1 p “8 9 8 8 9 79 0 09 1 39 2 5 9 0 9 s 1 8 31 7 31 4 61 3 71 5 02 1 1 气候【万】 5 6 75 6 35 6 95 5 14 6 03 7 6 万。4 3 3 4 3 74 3 14 4 95 4 06 2 4 - o _ - - _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ 一g _ _ o - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - o _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - o _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ o _ _ - _ _ o _ - - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - - _ - _ _ _ _ o 一 s 1 5 5 61 7 5 81 7 4 61 7 6 61 7 9 3 18 9 9 异常 【p 。】 9 21 0 21 0 58 67 69 7 d “ 9 0 88 9 88 9 59 1 49 2 49 0 3 s 2 4 12 1 51 6 01 3 71 5 01 7 4 气候【万】3 7 0 4 0 8 5 0 3 5 5 35 8 05 8 4 一 p 6 3 05 9 。24 9 。74 4 。74 2 。04 1 6 类项 7891 01 11 2 3 1 2 总模方、总模方拟合率的纬际差异及季节变化 表4 给出了热带8 5 0 h p a 逐纬异常风场( 9 ，f ) ) 的总模方s 仰) 、异常风场 纬向均匀部分( 定常波异常) 的总模方拟合率【p 】( 妒) ( p ”( 妒) ) ，时间分辨率是 季( 1 2 2 月、3 5 月、6 8 月、9 1 1 月) 。其主要特点是：1 ) 异常风场总模方 s ( 9 ) 1 2 2 月在北半球西风带和南半球热带辐合带( i t c z ) 最大；6 8 月则偏向 于南半球西风带和北半球i t c z ；一般地，极大异常出现在冬半球西风带和夏半 球内热带的i t c z 处。过渡季节( 3 5 月、9 1 1 月) 太阳直射赤道附近) 夏半 球内热带极值带随i t c z 向赤道靠近。3 5 月较1 2 2 月减弱：9 1 1 月较6 8 月 增强，s ( 9 ) 作年单周振荡。2 ) 异常风场的纬向均匀分量( o 波) 的模方拟合率 】( 妒) 各个纬度上均明显小于非均匀异常分量的模方拟合率p ”( 妒) ，二者之比约 为1 1 0 ，故异常风场主要由定常波异常引起；且具有明显的纬际差异和季节变 1 4 热带异常风场的谐波分析 化。3 ) 异常风场的非均匀分量( 即定常波异常) 的模方拟合率p ”( 9 ) 大值区偏 向于夏半球；内热带全年存在高值区，它随i t c z 位置作季节性移动。 表4 热带区域8 5 0 h p a l 9 4 8 2 0 0 6 年各纬各季 v 。( 9 ，f ) ) 的l o r e n z 环流分解模方分析 ( 注：季节对应南北半球；s ( 9 ) 单位是1 0 2 m 2 s e e ，【p 】 ) 、p ”( 9 ) 单位是) 图1 给出了8 5 0 h p a t 年异常风场( 9 ，r ) ) 的模方及定常波异常模方拟合率 的纬际差异及逐月的变化情况。由图l a 、c 分析可知：在内热带( 1 5 0 s 1 5 0 n ) ， 热带异常风炀觞谐波分祈 存在一个随攀节丽变的异常风场缈劬，f ) 的总模方s 高值带和定常波异常模方 拟会率p ”高值带。强s 带2 胃谴于1 2 。5 2 5 。s ( 2 5 x1 0 2 掰2 ，线) ，随时闻推移， 强s 带变窄减弱，中心北捻；5 月最窄最弱黉移至北半球，并开拓变宽加强( 2 0 1 0 2 耀2 ，线) ；8 月在1 0 。0 0 n 附近达到最强最北；往后发生相反的变化。南半 球夏半年s 较北半球夏半球值大。p ”最大值在赤道附近，也随季节南北移动。 图1 热带区域8 5 0 l l 陬l 辨8 以6 年逐是逐纬异常风场 y 黪模方分析s ( 妒，气) 鑫， s ( 9 ，气) ；b ，f 妒】静，f _ ) ：e ，_ p ”( 爹，乞) ( s 。的单位是1 0 2m 2 s e c - 2 ，【p 】、p ”单位是) 3 2 2 0 0 h p a 缈( ) 的模方分析 3 2 。1 总模方、总模方拟合率分析 表5 给出了逐胃d 域t 年2 0 0 k p a 异常风场 的总模方s 、纬趣均匀异 常模方拟合率沁。】、定常波异常模方拟会率p ”以及同期相应层次气候风场吒。 的碧、【万】、p 一。分析可见：1 ) d 域t 年各月异常模方s 均大于8 5 0 h p a ；r s + 也透小于气候场模方；由就求得d 域上二者的特征速率矿l ( 由文献 3 9 ， 1 2 ：s ，豫露) 也弱显小于霸，救逐月2 0 0 h p a 热带气候风场也是稳定的。2 在 总模方的构成中，2 0 0 h p a 纬向均匀异常分量的【s + 】只占约l ，5 以下；定 常波异常分量的s ”均占8 0 以上；蔽2 0 0 h p a 定鬻波异常在异常风场的分析中 较8 5 0 h p a 更重要。 1 6 热带异常风场的谐波分析 表5 热带全域2 0 0 h p a1 9 4 8 - 2 0 0 6 年逐月( r ) ) 、矿的模方分析 ( 模方s ( m 2 s e c 2 ) 及模方拟合率【p 。】、p ”( ) ) m o n t h s 类项 s 2 3 6 22 3 1 7 1 9 8 51 7 9 51 9 7 72 3 0 5 气候 【万】8 3 4 8 58 6 98 4 5 8 1 17 7 9 p 一 1 6 61 51 3 i1 5 51 8 92 2 1 类项 7 891 01 11 2 3 2 2 总模方、总模方拟合率的纬际差异及季节变化 表6 给出了热带2 0 0 h p a 各个纬度上异常风场 y ( 妒，f ) ) 的总模方s 却) 、异 常风场纬向均匀部分( 定常波异常) 的总模方拟合率】( 9 ) ( p ”( 9 ) ) ，时间分 辨率是季( 同表4 ) 。图2 则为相同区域相应层次t 年各纬逐月异常风场y 的模 方及定常波异常模方拟合率的变化情况。由表分析可知：与8 5 0 h p a ( 表4 ) 显 示的特征相似，逐纬异常风场的均匀分量( o 波) 的模方拟合率均仍小于非均匀 分量异常。而由图2 知，1 0 - 4 月北半球外热带异常风场的总模方最大；5 9 月 南半球外热带异常风场的总模方s ( 9 ) 最大。内热带地区存在一个s ( 9 ) 、p ”( 9 ) 低值带，它随i t c z 位置的季节变化而南北移动。 1 7 热带异常风场的谐波分析 表6 热带区域2 0 0 h p a l 9 4 8 - 2 0 0 6 年各纬各季 y 。( 缈，f ) ) 的l o r e n z 环流分解模方分析 冬季( 1 2 。2 月)春季( 3 5 月)夏季( 6 - 8 户j ) 秋季( 9 - 1 1 月) 甲s ( 妒)( p ) ，( 劝s 。( 妒) ( 妒) p s 。( 妒)渺1 ( 9 ) p ( 劝s ( 妒) 一】( 妒) _ p ? 嘞 ( 妒) i p 】( p ) p ( 劝( 妒) 【p 】( 妒) ( 妒)( 妒) 【pk 们 ( 妒)( 妒) 【pm 们_ p 铆 3 0 o n 2 8 7 11 3 38 6 7 2 2 6 9 9 59 0 58 6 6 1 0 58 9 51 5 6 49 29 0 8 2 7 5 n 2 5 8 21 5 38 4 7 2 1 2 8 1 0 4 8 9 67 4 11 0 58 9 51 4 2 51 1 68 8 4 2 5 o n 2 2 8 91 6 68 3 4 1 9 1 8 11 58 8 56 6 01 1 78 8 31 2 5 61 4 28 5 8 2 2 5 n 1 9 9 71 6 4 8 3 6 1 6 9 3 1 2 68 7 45 9 4 1 4 48 5 6 1 0 7 0 1 6 08 4 0 2 0 o n1 7 3 21 5 7 8 4 3 1 4 6 6 1 3 78 6 35 2 9 1 7 48 2 68 8 31 6 98 3 1 1 7 5 n 1 5 0 21 5 48 4 6 1 2 4 9 1 4 98 5 1 4 7 41 9 78 0 37 1 21 7 28 2 8 1 5 o n 1 3 0 71 5 58 4 5 1 0 8 0 1 5 88 4 24 4 62 0 97 9 15 9 21 6 88 3 2 1 2 5 n 1 1 6 21 5 4 8 4 6 9 9 0 1 6 58 3 54 3 72 1 7 7 8 3 5 3 9 1 6 2 8 3 8 1 0 o n1 0 9 4 1 4 98 5 1 9 6 6 1 7 78 2 3 4 4 72 2 57 7 55 4 81 6 78 3 3 7 5 n 1 1 0 i1 4 48 5 6 9 7 1 1 9 5 8 0 54 8 42 3 27 6 86 1 31 8 18 1 9 5 o n 1 1 4 51 4 68 5 4 9 8 1 2 0 97 9 15 6 52 2 27 7 87 2 91 9 58 0 5 2 5 n1 1 8 1 1 5 48 4 6 9 9 1 2 1 37 8 76 9 2 1 9 38 0 78 6 62 0 37 9 7 o 11 7 81 6 18 3 9 9 9 5 2 1 5 7 8 58 1 81 7 38 2 79 7 62 1 17 8 9 2 5 s 11 3 41 6 98 3 1 9 7 8 2 2 57 7 58 8 91 7 38 2 71 0 2 62 1 97 8 1 5 o s 1 0 6 91 7 88 2 2 9 3 9 2 3 77 6 38 9 9 1 8 78 1 31 0 2 12 2 57 7 5 7 5 s 9 9 01 8 88 1 - 2 8 9 5 2 3 97 6 18 8 21 9 68 0 49 9 02 1 97 8 1 i 0 0 s 9 1 11 9 78 0 3 8 6 6 2 2 87 7 28 7 51 9 28 0 89 6 2 2 0 08 0 0 1 2 5 s 8 7 42 0 37 9 7 8 8 2 2 1 17 8 99 1 11 8 28 1 89 5 71 7 28 2 8 1 5 o s 9 1 22 0 97 9 1 9 6 9 1 9 28 0 81 0 1 11 7 88 2