（气象学专业论文）中国降水mjo的气候及其异常特征分析.pdf

中国降水m j o 的气候及其异常特征分析 摘要 本文用 1 9 6 0 2 0 0 0 年中国4 9 0 站逐日 降水资料， 研究了中国降水季内 振荡 ( 即 mj o ) 的气候及其异常特征。 研究工作涉及m j o分离中的 滤波器选择， 中国降水mj o 的季 节变化， 中国 东部 夏季降 水m j o的区 域差异及年际 异常， 以 及它们分别与5 0 0 h p a 环流m j o . e l n i n o / l a n i n a 、 早涝的关系。 得到如下主要结论:1 ) 对 t = 1 d 的长序 列资料， 当n z 6 9 d 时， l a n c z o s 滤波器的滤波效果已 全面优于b u tt e r w o rt h 滤波器， 本 文选用n 二 1 8 2 d ， 得到4 0 年高质量中国降水、 东亚西太平洋5 0 0 h p a 风场mj o分量 资料， 用于研究。 2 )中国降水m j o存在明显季节变化和地理差异。 其绝对强度夏季 最大， 春、 秋季次之，冬季最小; 相对强度反之。夏季 m j 。绝对强度在云南至东北 连线的我国东南部明 显大于其西北部; 前者又可以分成华南、 江淮、 华北、 东北四区。 3 ) 夏季中国东部降水与东亚西太平洋 5 0 0 h p a 风场m j o分量存在显著相关，其同 时性s v d分析所得的第一 对奇异向 量上，降 水m j o的。 线位置与5 0 0 h p a 风场m j o 分量反气旋环流脊线位置一致，降水正异常区与脊线以 北的西南气流相匹配。 第一模 态左右时间系数的振幅和位相存在明 显的年际差异，强m j o年份左时间系数曲 线振 幅大且存在“ 锁相” 关系。强m v o年份降水异常与降水中的m v o分量存在着同 步变化 的关系，因此，后者在决定前者中起着举足轻重的作用。4 )中国东部全区夏季降水 m j o强 度与e l n i n o 几a n i n a 无明显关系; 但分区m j o强度与e l n i n o / l a n i n a 间存在 弱相关联系，在e l n i n o . l a n i n a 夏季，北方两区mj o能量易出 现负异常，南方两 区m j o能量则较易出 现正异常。 5 )早、涝年东部各区夏季降水m j o强度存在明 显 区别，涝年 mj o强度大于早年: 上述关系江淮表现最清楚， 华北、华南次之，东北 最弱。 关 键 词:中国降水，5 0 0 h p a 风场，季内振荡，气候及异常， e l n i n o 与l a n i n a ，旱涝 t h e c h a r a c t e r s a n a l y s i s o f c l i m a t e a n d a n o m a l y o n mj o o f c h i n a p r e c i p i t a t i o n ab s t r a c t b y u s i n g t h e d a i l y p re c i p i t a t i o n d a t a o f 4 9 0 s t a t i o n s i n c h i n a fr o m 1 9 6 0 t o 2 0 0 0 , t h e c h a r a c t e r s o f c l i m a t e a n d a n o m a l y f o r i n t r a s e a s o n a l o s c i l l a t i o n ( m j o ) o f c h i n a p r e c i p i t a t i o n a r e s t u d i e d i n t h i s p a p e r . t h e w o r k c o n c e m s t h e c h o i c e o f fi l t e r i n s e p a r a t i n g mj o , s e a s o n a l v a r i a t i o n o f c h i n a p r e c i p i t a t i o n m j o , a r e a d i ff e re n c e a n d i n t e r a n n u a l a n o m a l i e s o f s u m m e r p r e c i p i t a t i o n m j o i n e a s t c h i n a , t h e re l a t i o n s h i p b e t w e e n s u m m e r p r e c i p i t a t i o n mj o i n e a s t c h i n a a n d 5 0 0 h p a c i r c u l a t i o n m j o , a n d e l n i n o / l a n i n a , a n d d r o u g h t / fl o o d r e s p e c t i v e l y . t h e m a i n r e s u l t s a r e a s f o ll o w s . 1 ) f o r l o n g d a t a s e q u e n c e s o f a t = 1 d , l a n c z o s f i lt e r i s b e tt e r t h a n b u tt e r w o r th f i l t e r w h e n n 6 9 d . b y u s i n g l a n c z o s f i l t e r o f n = 1 8 2 d , t h i s p a p e r o b t a i n s 4 0 y e a r s m j o d a t a o f h i g h q u a l i t y o f c h i n a p r e c i p i t a t i o n a n d e a s t a s i a - w e s t e m p a c i fi c w i n d fi e l d w h i c h w i ll b e s t u d i e d f u r t h e r . 2 ) t h e r e a re e v i d e n t s e a s o n a l v a ri a t i o n a n d a r e a d i ff e r e n c e i n c h i n a p r e c i p i t a t i o n m j o . t h e a b s o l u t e i n t e n s i t y o f c h i n a p r e c i p i t a t i o n m j o i s s tr o n g i n s u m m e r , w e a k e r i n s p r i n g a n d a u t u m n , w e a k e s t i n w i n t e r . t h e g r a d e o f r e l a t i v e i n t e n s i t y i s c o n v e r s e . i n s u m m e r t h e a b s o l u t e i n t e n s i t y i n s o u t h e a s t i s e v i d e n t s tr o n g e r t h a n i n n o r th w e s t a l o n g t h e d i v i d i n g l i n e fr o m y u n n a n t o n o r th e a s t o f c h i n a . t h e e a s t c h i n a c a n b e d i v i d e d i n t o f o u r re g i o n s a s n o r t h e a s t o f c h i n a , n o r t h c h i n a , c h a n g ji a n g - h u a i h e r e g i o n , s o u t h c h i n a . 3 ) t h e r e i s p ro m i n e n t c o r r e l a t i o n b e t w e e n e a s t c h i n a p r e c i p i t a t i o n mj o a n d e a s t a s i a - w e s t e m p a c i f i c w i n d mj o i n s u m m e r . f o r t h e i r f i r s t c o u p l e o f c h a r a c t e r i s t i c v e c t o r a ft e r s v d a n a l y z i n g , t h e z e r o l i n e o f p r e c i p i t a t i o n mj o i s c o n s i s t e n t w i t h t h e ri d g e li n e o f a n t i c y c l o n e c i r c u l a ti o n i n 5 0 0 h p a w i n d m j o . t h e p o s i t i v e a n o m a l y a r e a o f p r e c i p i t a ti o n m a t c h e s t h e s o u t h w e s t a i r fl o w o n t h e n o r t h o f ri d g e l i n e . t h e r e i s e v i d e n t i n t e r a n n u a l d i ff e r e n c e i n t h e a m p l i t u d e a n d p h a s e o f t h e l e ft a n d ri g h t ti m e c o r r e l a t i o n f o r t h e f a s t m o d e . i n s t ro n g mj o y e a r s , t h e a m p l i t u d e s a re g r e a t a n d p h a s e s a re s i m i l a r f o r t h e l e ft t i m e c o r r e l a t i o n . i n s t ro n g mj o y e a r s , p re c i p i t a ti o n a n o m a l y a n d p re c i p i t a ti o n m j o c h a n g e s y n c h r o n o u s l y , s o t h e l a tt e r p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n d e c i d i n g t h e f o r m e r . 4 ) t h e re i s n o e v i d e n t re l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e m j o i n t e n s i t y o f s u m m e r p r e c i p i t a ti o n i n t h e w h o l e e a s t c h i n a a n d e l n i n o / l a n i n a , b u t w e a k re l a ti o n s h i p b e t w e e n m j o i n t e n s i t y i n e a c h r e g i o n a n d e l n i n o / l a n i n a e x i s t . i n e l n i n o s u m m e r a n d l a n i n a s u m m e r , m j o e n e r g y i s m o s t l y w e a k i n t w o n o r t h r e g i o n s w h i l e s l i g h t l y s t r o n g i n t w o s o u t h r e g i o n s . 5 ) t h e re i s e v i d e n t d i ff e r e n c e b e t w e e n s u m m e r p r e c i p i t a t i o n m j o i n e a c h e a s t e rn r e g i o n i n d r o u g h t y e a r s a n d i n fl o o d y e a r s . t h e m j o i n t e n s i t y i s s t r o n g e r i n fl o o d y e a r s t h a n i n d ro u g h t y e a r s . t h i s c h a r a c t e r i s p r o m i n e n t i n c h a n g j i a n g - h u a i h e r e g i o n , w e a k e r i n n o r t h c h i n a a n d s o u t h c h i n a , w e a k e s t i n n o r t h e a s t . k e y w o r d s : c h i n a p re c i p it a t i o n , 5 0 0 h p a w i n d fi e l d 户 n t r a s e a s o n a l o s c i l l a t i o n , c l i m a t e a n d a n o m a l y , e l n i n o a n d l a n i n a , d ro u g h t a n d fl o o d 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 己经发表或 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: 日期: 2 v o 仁 1 2 - 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京利 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: 日期: 2 f _ r . i 又 第一章绪论 1 . 1 研究意义 大气中的季节内振荡，即大气中的 3 06 0天低频振荡，是由 ma d d e n和 j u l i a n 1 -2 1 在 2 0世纪 7 0年代初首先发现存在于热带 大气中 的， 故 常被称为 ma d d e n - j u l i a n o s c i l l a t i o n , 简称m j o . m j o是重要的大气环流系统之一，由于 其时间尺度介于月、 季之间，因而同月、 季时间尺度长期天气预报和短期气候 预测均有密切关系3 -4 1 ， 多年来一直受到广大气象专家高度重视，是大气科学 主要前沿研究课题之一。 自 从 mj o被发现以来、国际上对它进行了一系列研究。到目 前为止，主 要的研究工作仍集中 在热带地区，通过这些研究，热带大气 mj o的结构特征 和基本活动规律己 有比 较清楚的 结论 15 -8 1 。同 样， 在中 高纬度大气也存在着 m j o o a n d e r s o n 9 1 在研究纬向 平均西 风角动量的向 北输 送时 指出了中纬 度m j o 的 存在， 中国 学者的 研究( 1 0 - 1 7 1进一步揭示了 它的 时空尺度、 结 构特征 和移 动规 律。 结果表明中高纬mj o与热带mj o有很大差别， 但又存在相互联系和影响 1 1 8 1 大气m j o 与我国 气候要 素 存在明 显的 关系。 李崇银( 1 9 9 3 ) 、 陈隆 勋等人 ( 1 9 9 1 )的工作指出大气 m j o对东亚季风和我国气候有重要影响。刘家铭等 人 ( 1 9 8 6 )的 工作指出东亚梅雨锋与具有准4 5 天周期强对流活动带的北移有 关，梅雨锋的建立都在大气长波辐射 ( o l r ) 准4 5 天振荡的弱位相阶段。 黄 荣辉等人 ( 1 9 8 8 , 1 9 9 4 )以及f e r r e n t i 等人 ( 1 9 9 0 )的工作指出， 大气m j o对 西太平洋地区的非绝热加热有重要影响， 而这种热源异常可通过大气遥相关作 用影响东亚和我国的气候。 我国地域广阔， 气候多变， 洪涝灾害时有发生， 对于降水规律和特征的研 究至关重要。有关降水中m j o分量的特征规律，气象工作者已做过一些研究 19 -3 2 1 。 朱乾根和徐国 强 1 9 1 在讨论 南 海季风与中国 南部低频降 水的 关系时， 认为 中国的低频降水在全部降水中占 有相当大的比重，指出，研究中国低频降水， 对于认识中国降水的时空分布特征、 进而作出预报和预测， 有着十分重要的意 义。 1 . 2 中国降水m j o 的研究现状 对于中国某些区域或某些年份降水 mj o的规律和特征，不少中国学者已 做了一些分析和研究，得到了一系列有意义的结论。 袁重光2 0 1 通过对夏季风及其降 水的 数值模拟， 发 现在降 水集中 地带， 低频 振荡现象甚为清楚。 李崇银2 1 研究了 华北地区的汛期降雨量同 低频振荡的关 系， 指出华北汛期降雨偏少的年份， 低频振荡不十分清楚， 降雨量偏多的年份， 降 雨量3 0 - 6 0 天的 振荡 相当明 显。 杨辉等2 2 3通过研究 我国 江淮流域夏季严重 早涝与大气m j o的关系， 发现在严重涝年夏季降水m j o的强度明显强于严重 早年，此外早涝年大气 m j o流型以及传播也有一些差别。他们的 研究一定程 度上显示了降水mj o强度与降水量之间的联系、 谢安等2 3 根据o l r资 料分析， 发现青藏高原 及其附 近地区 存在着m j o . 孙照渤、 李云康等的 进一步 研究2 4 -2 5 3 揭示了 青 藏高原及其附 近地区m j o的 分 布特征及其与大 气环流和我国降 水的 关系。 徐国 强等2 6 一的 研究表明， 青藏高 原的低频振荡会对我国长江流域的低频降水产生一定的影响。 陈隆勋等2 8 通过1 9 9 8 年5 - - 8 月南海季风试验期间东亚地区8 5 0 h p a 中高纬 环流指数、季风指数和长江中下游降水进行 mo r l e t 小波分析， 发现此期间这些 要素均有明显的 季节内 振荡。 同时还发现6 月中旬长江中下游入梅及产生大暴 雨以及7 月中旬以后的该地区大暴雨与低频气旋带在该地区活动有关， 而 8 月 长江上游大暴雨则与低频反气旋伸入到大陆有关。 徐国 强等2 9 1 通过研究1 9 9 8 年京、 津、冀 夏季风的 低频振荡和低频降水的 特征表明，京、津、冀 1 9 9 8 年夏季风存在 1 53 5天的低频振荡，5 -j6月低频 降水较弱， 7 - 8 月低频降水较强， 低频降水的传播途径倾向于与其上空2 0 0 h p a 低频辐散带的传播途径相一致。 缪锦海、 刘家铭3 0 3 通过 对东亚夏季风区域3 0 年侯降 水量的 分析研究， 指 出降水中mj o的季节变化与总的季风降水的季节变化具有明显的锁相关系， 对季风雨带位置的出现起着重要的调制作用。 高 青云3 1 利用波谱对南充暴雨的 季节内 振荡 进行了 分析。 结果表明: 该地 暴雨存在显著的周期倍和分叉特征， 与夏季风季节内振荡十分一致。 徐国强等 3 2 3 分析了1 9 9 8 年中国区 域降 水低频变化的 传播机制， 发现中东部地区 强低频 降水的经向传播都与南海季风和印度季风的变化相对应。 综上，关于中国降水mj o的研究工作肯定了它的 存在和研究价值，但大 量研究针对个别地区、 少数年份进行。 唐东异等的 研究3 3 曾 指出， m j o是一 种有着复杂气候背景的现象，具体表现为该现象的显著区域随季节、要素、年 份的不同有很大变化。为了清楚了解中国降水的 mj o特征，有必要对降水的 mj o从气候学角度作全面的研究。 1 . 3 问题的提出和论文工作的安排 本文将从气候学角度， 研究中国降水 ( 主要是中国夏季降水) 季节内振荡 的 气候及异常情况。主要内容安排如下: 第1 章:绪论 第2 章:资料和方法 第 3 章:中国降水m j o强度的时空变化 第4 章:夏季我国东部降水与5 0 0 h p a 风场m j o的关系 第5 章: mj o强度的年际变化及其与e n / l n的关系 第6 章:东部各区m j o强度与早涝关系 第7 章:总结 降水的经向传播都与南海季风和印度季风的变化相对应。 综上，关于中国降水mj o的研究工作肯定了它的 存在和研究价值，但大 量研究针对个别地区、 少数年份进行。 唐东异等的 研究3 3 曾 指出， m j o是一 种有着复杂气候背景的现象，具体表现为该现象的显著区域随季节、要素、年 份的不同有很大变化。为了清楚了解中国降水的 mj o特征，有必要对降水的 mj o从气候学角度作全面的研究。 1 . 3 问题的提出和论文工作的安排 本文将从气候学角度， 研究中国降水 ( 主要是中国夏季降水) 季节内振荡 的 气候及异常情况。主要内容安排如下: 第1 章:绪论 第2 章:资料和方法 第 3 章:中国降水m j o强度的时空变化 第4 章:夏季我国东部降水与5 0 0 h p a 风场m j o的关系 第5 章: mj o强度的年际变化及其与e n / l n的关系 第6 章:东部各区m j o强度与早涝关系 第7 章:总结 第二章 资料和方法 z . 1资料 本文选用资料如下: 1 .国家气候中心整编的1 9 6 0 . 1 . 12 0 0 0 . 1 2 . 3 1 中国4 9 0 站逐日降水资料， 站点分布见图2 . 1 . 图2 . 1 逐日降水资料站点 ( 共4 9 0 站)分布图。 2 .国家气候中心整编的1 9 6 0 . 1 - 2 0 0 0 . 1 2 中国1 6 0 站逐月降水资料。 3 . n c e p / n c a r的5 0 0 h p a 逐日 风场( 夕) 资料。 空间范围， 1 5 n一 5 0 0 n, 1 0 0 0 e一 1 4 5 0 e ， 分辨率5 * x 5 0 ;时间长度为1 9 6 0 . 1 . 12 0 0 0 . 1 2 . 3 1 . 。 4 . e l n i n o / l a n i n a事件的起止时间根据赤道中、东太平洋海域 ( 5 0 n一 5 o s , l 6 0 o e 一 9 0 0 w和0 0 一 1 0 0 s , 9 0 0 w一 8 0 w)的平均海表温度确定。 由 文献 3 4 1 ， 表2 . 1 给出t 1 9 6 1 -2 0 0 0 年历次e l n i n o / l a n i n a 事件的 起止及强 度等特征。 事件起止年月 表 2 . 1 事件类型 1 9 6 1 - 2 0 0 0 年e n s o事件表。 赤道中、东太平洋 海温距平峰值 ( c) 南方涛动 指数峰值 事件强度 642101 -1l-2.l-2么 门勺d上 - 2 .2 . 弱 中等 中等 弱 中等 强 强 中等 强 弱 极弱 极强 中等 极强 月月汤0.0 -1-1-41.刃 0 . 8 一 1 . 1 1 . 3 一 ( ) . 7 1 . 1 - 1 . 4 1 . 9 - 1 . 4 - 1 . 5 0 . 9 0 . 9 2 . 5 - 0 . 9 1 . 6 暖冷暖冷暖冷暖冷冷暖暖暖冷暖 1 9 6 3 . 7 - 1 9 6 4 . 1 1 9 6 4 . 3 - 1 9 6 5 . 1 1 9 6 5 . 5 - 1 9 6 6 . 3 1 9 6 7 . 8 - 1 9 6 8 . 5 1 9 6 8 . 1 0 - 1 9 7 0 . 1 1 9 7 0 . 6 - 1 9 7 1 . 1 2 1 9 7 2 . 4 - 1 9 7 3 . 2 1 9 7 3 . 6 - 1 9 7 4 . 5 1 9 7 4 . 9 - 1 9 7 6 . 3 1 9 7 6 . 7 - 1 9 7 7 . 1 1 9 7 9 . 9 - 1 9 8 0 . 2 1 9 8 2 . 5 - 1 9 8 3 . 9 1 9 8 4 . 1 0 - 1 9 8 5 . 1 0 1 9 8 6 . 9 - 1 9 8 8 . 1 第二章 资料和方法 z . 1资料 本文选用资料如下: 1 .国家气候中心整编的1 9 6 0 . 1 . 12 0 0 0 . 1 2 . 3 1 中国4 9 0 站逐日降水资料， 站点分布见图2 . 1 . 图2 . 1 逐日降水资料站点 ( 共4 9 0 站)分布图。 2 .国家气候中心整编的1 9 6 0 . 1 - 2 0 0 0 . 1 2 中国1 6 0 站逐月降水资料。 3 . n c e p / n c a r的5 0 0 h p a 逐日 风场( 夕) 资料。 空间范围， 1 5 n一 5 0 0 n, 1 0 0 0 e一 1 4 5 0 e ， 分辨率5 * x 5 0 ;时间长度为1 9 6 0 . 1 . 12 0 0 0 . 1 2 . 3 1 . 。 4 . e l n i n o / l a n i n a事件的起止时间根据赤道中、东太平洋海域 ( 5 0 n一 5 o s , l 6 0 o e 一 9 0 0 w和0 0 一 1 0 0 s , 9 0 0 w一 8 0 w)的平均海表温度确定。 由 文献 3 4 1 ， 表2 . 1 给出t 1 9 6 1 -2 0 0 0 年历次e l n i n o / l a n i n a 事件的 起止及强 度等特征。 事件起止年月 表 2 . 1 事件类型 1 9 6 1 - 2 0 0 0 年e n s o事件表。 赤道中、东太平洋 海温距平峰值 ( c) 南方涛动 指数峰值 事件强度 642101 -1l-2.l-2么 门勺d上 - 2 .2 . 弱 中等 中等 弱 中等 强 强 中等 强 弱 极弱 极强 中等 极强 月月汤0.0 -1-1-41.刃 0 . 8 一 1 . 1 1 . 3 一 ( ) . 7 1 . 1 - 1 . 4 1 . 9 - 1 . 4 - 1 . 5 0 . 9 0 . 9 2 . 5 - 0 . 9 1 . 6 暖冷暖冷暖冷暖冷冷暖暖暖冷暖 1 9 6 3 . 7 - 1 9 6 4 . 1 1 9 6 4 . 3 - 1 9 6 5 . 1 1 9 6 5 . 5 - 1 9 6 6 . 3 1 9 6 7 . 8 - 1 9 6 8 . 5 1 9 6 8 . 1 0 - 1 9 7 0 . 1 1 9 7 0 . 6 - 1 9 7 1 . 1 2 1 9 7 2 . 4 - 1 9 7 3 . 2 1 9 7 3 . 6 - 1 9 7 4 . 5 1 9 7 4 . 9 - 1 9 7 6 . 3 1 9 7 6 . 7 - 1 9 7 7 . 1 1 9 7 9 . 9 - 1 9 8 0 . 2 1 9 8 2 . 5 - 1 9 8 3 . 9 1 9 8 4 . 1 0 - 1 9 8 5 . 1 0 1 9 8 6 . 9 - 1 9 8 8 . 1 冷暖暖暖冷暖冷 1 9 8 8 . 4 - 1 9 8 9 . 5 1 9 9 1 . 5 - 1 9 9 2 . 7 1 9 9 3 . 3 - 1 9 9 3 . 1 1 1 9 9 4 . 9 - 1 9 9 5 . 2 1 9 9 5 . 9 - 1 9 9 6 . 4 1 9 9 7 . 4 - 1 9 9 8 . 5 1 9 9 8 . 1 0 - 2 0 0 0 . 3 - 1. 61 . 4 2 . 1 - 3 . 4 -1 . 6 - 1 . 8 1 . 0 - 3 . 5 2 . 0 强 强 弱 弱 极弱 极强 强 12583 l.lg么且 上表中的海温距平峰值和南方涛动指数峰值分别是整个事件期间赤道中、 东太平洋海表平均温度和南方涛动指数偏离正常的最大值， 事件强度根据整个 事件期间赤道中、东太平洋海域的平均温度距平的总和确定。 2 . 2 m j o 滤波 为了从实际观测资料中获得周期为3 0 - 6 0 d 的mj o资料， 曾使用过多种数 字滤波器6 - 7 ,3 5 - 3 8 1 。 对于取 样间隔为 = 1 d 的 序列的 滤波， b u tt e r w o r th 滤波器3 7 1 ( 简 记为b .f . ) 和l a n e z o s 滤 波 器 3 8 1 ( 简 记为l . f . ) 的 应用 最 广 泛。 根 据b .f . 和l . f . 的 原理13 7 . 3 8 1 ， 在相同取样间隔 下， l .f .对资料序列的长度要求高于b .f , 故适于长资 料序列的m j o分离。 在资 料序列足够长时， 文献3 9 1 肯定了l . f . 滤 波效果优于b . f . ，但对此未做详细分析讨论。 本文将以= 1 d 的长序列资料为 滤波对象，定量分析和比 较b .f . 和l .f . 的滤波效果。 2 . 2 . 1 滤波器的响应函数 理论 分析指出 4 0 1 ， 滤波器的 性质由 其响 应函 数r 了) 决定。 就 m j o的 研 究目的而言，为了从= 1 d 的观测序列 x = x t = 1 ,2 , . - . , m ( 2 . 1 ) 中很好地分离出mj o信息，要求滤波器的响应函数在通过带 ( 3 0 6 0日)上 尽可能接近 1 ， 在抑制带 ( 3 0 6 0日以外) 上尽可能接近 0 。 这就是判断mj o 研究中滤波器性能优劣的物理考虑。 2 . 2 . 2 b . f ， 的响应函数 由文献【 3 7 1 , b . f . 定义为 y . ( t ) = a ( x ( t ) 一 x ( t 一 2 ) ) 一 b ,y ( t 一 1 ) 一 b z y ( t 一 2 ) ( 2 . 2 ) 冷暖暖暖冷暖冷 1 9 8 8 . 4 - 1 9 8 9 . 5 1 9 9 1 . 5 - 1 9 9 2 . 7 1 9 9 3 . 3 - 1 9 9 3 . 1 1 1 9 9 4 . 9 - 1 9 9 5 . 2 1 9 9 5 . 9 - 1 9 9 6 . 4 1 9 9 7 . 4 - 1 9 9 8 . 5 1 9 9 8 . 1 0 - 2 0 0 0 . 3 - 1. 61 . 4 2 . 1 - 3 . 4 -1 . 6 - 1 . 8 1 . 0 - 3 . 5 2 . 0 强 强 弱 弱 极弱 极强 强 12583 l.lg么且 上表中的海温距平峰值和南方涛动指数峰值分别是整个事件期间赤道中、 东太平洋海表平均温度和南方涛动指数偏离正常的最大值， 事件强度根据整个 事件期间赤道中、东太平洋海域的平均温度距平的总和确定。 2 . 2 m j o 滤波 为了从实际观测资料中获得周期为3 0 - 6 0 d 的mj o资料， 曾使用过多种数 字滤波器6 - 7 ,3 5 - 3 8 1 。 对于取 样间隔为 = 1 d 的 序列的 滤波， b u tt e r w o r th 滤波器3 7 1 ( 简 记为b .f . ) 和l a n e z o s 滤 波 器 3 8 1 ( 简 记为l . f . ) 的 应用 最 广 泛。 根 据b .f . 和l . f . 的 原理13 7 . 3 8 1 ， 在相同取样间隔 下， l .f .对资料序列的长度要求高于b .f , 故适于长资 料序列的m j o分离。 在资 料序列足够长时， 文献3 9 1 肯定了l . f . 滤 波效果优于b . f . ，但对此未做详细分析讨论。 本文将以= 1 d 的长序列资料为 滤波对象，定量分析和比 较b .f . 和l .f . 的滤波效果。 2 . 2 . 1 滤波器的响应函数 理论 分析指出 4 0 1 ， 滤波器的 性质由 其响 应函 数r 了) 决定。 就 m j o的 研 究目的而言，为了从= 1 d 的观测序列 x = x t = 1 ,2 , . - . , m ( 2 . 1 ) 中很好地分离出mj o信息，要求滤波器的响应函数在通过带 ( 3 0 6 0日)上 尽可能接近 1 ， 在抑制带 ( 3 0 6 0日以外) 上尽可能接近 0 。 这就是判断mj o 研究中滤波器性能优劣的物理考虑。 2 . 2 . 2 b . f ， 的响应函数 由文献【 3 7 1 , b . f . 定义为 y . ( t ) = a ( x ( t ) 一 x ( t 一 2 ) ) 一 b ,y ( t 一 1 ) 一 b z y ( t 一 2 ) ( 2 . 2 ) 其响应函数为 1 a l l 一 z 2 1 p 尤a u 1 = 1l + 鸟 z + b 2 z ( 2 . 3 ) 其中， 2=e 一 id ly 。 = 一2 q 一，_ 4 一 2 q + p 4 + 2 q + p ( 2 . 4 ) s i n 2 ,f , 0 4 + 2 q + p 4 s i n 2 了 , 4 s i n 丫, a |队叮|人 q =2 l + c o s 2 了 , 0 _2 ( p 一 4 ) 4 + 2 q + p s in 2 了 , a l + c o s 2 了 z e ( 1 + c o s 4 , 0 ) ( 1 + c o s 2 lf 2 4 ) 式中， 表示样本间隔， f为 频率，几为 截断频率。 对 = 1 d的样本时间序列 ( 2 . 1 ) ，为滤出m j o波段 ( 周期为 3 0 -6 0 d ) 的 信息， 取 截断 频率 f= 1 / 6 0 , 0 .0 1 6 7 ( d ) , 几= 1 / 3 0 二 0 .0 3 3 3 ( d - ) ， 由 ( 2 . 3 ) , ( 2 . 4 ) 式 给出 的 凡了) 的 图 象 如 图2 . 2 曲 线 所 示。 与 此 相 应的 理 想 带 通 滤 波 器 ( 记为p . f . )的响应函数为 r (f ) 一 ( 一 ( u , 等: :5 f f 2 纷 f 2 ( 2 . 5 ) 其图象如图2 . 2 直线所示。 图2 . 2 b . f . 的 响 应 函 数曲 线( = 1 d , f , 、 0 .0 1 6 7 d , f 2 、 0 .0 3 3 3 d ) , 图 中， 直 线 表示 相 应p . f . 的 响 应函 数。厂 单位: a , 由图2 . 2可见:1 ) 在通过带(f l :5 f :5 f 2 ) r e (f ) 随 f偏离中 心频率 f o = 否 丁 了 ， 明 显 下 降 ; 滤 波 使m j o 信 号 被 削 弱 。 2 ) 在 抑 制 带 ( 0 s f td ) , i 二 1 一 n x , f = 1 一 n y ; t, = 1 一 m y , td = 1 一 an d ( 2 . 1 3 ) 其中 ， i , i 为 经 、 纬向 格 点 序 数， 二、 n y 分 别 为 纬 向 和 经向 的 格 点 总 数; 与 、 t d , m y , an d的表示意义同 ( 2 . 1 1 ) . 经滤波后，得 ( i ,/ )站点要素序列的mj o分量 8 ( i , h t y , t d ) ( 2 . 1 4 ) g 即 为 进 一步 研 究 的 基本 资 料。 由 上 文 可 知，厂 、 9 会 分 别比 f 、9 前 后 各 缩 短1 8 2 天 ( 约半年) 。 所以 对于本文所用的4 1 年逐日资料， 滤波后， 统一截取 1 9 6 1 . 3 . 1 - 2 0 0 0 . 2 .2 8( 1 9 6 1 年春季到 1 9 9 9 年冬季)共 3 9 年mj o资料，供分 析用。 2 . 3 m j o 强度定义 为了研究mj o强度的年变化和年际变化，需要定义一个合理描述某年、 某季节m 7 0强度的指数。 学者们根据研究的具体情况定义了不同的mj o强度 指数。 如l a u a n d c h e n 4 2 1 和w e i c lo d a n n等4 3 1确定了m j o活跃的 关键区 或关键 点，用关键区区域平均的o l r 序列或关键点的o l r 序列作为指数; k n u t s o n 等 7 1 用速度势等要素的e o f 主 分量作为指数; 李崇银等4 4 - 1 和何金海等 1 6 1 用振荡 风场的 低频动能 作为研究的 指数; s 1 i n g o 4 7 1 等用对流层上层纬向 风沿赤道的 纬 向 平均 u 作为 指数; 陈兴 跃等4 8 1 采用主要波的m j o时 空功率谱值与总时空功 率谱值的比值作为指数等。 2 . 3 . 1 m j o 绝对强度 本文根据m j o气候及气候变率研究目的，提出一个新的m j o强度指数， 它用拟能e 来表示n 1 i o的强度。该指数的优点在于计算简单，意义清晰。 对k 站 点 的 某 要 素 序 列f y ,t d ) 由( 2 . 1 2 ) 式 得 到了 季 节内 振 荡 分 量 的 厂 承 ， ， ， ) ， 由 此 得 到 该 要 素 场 k 站 、 称 年 、 日 的 m j o 能 量 ， 记 为 td ) = i z ( k ,ty , td ) t ， 季的m i o日 均能 量为 ( 2 . 1 5 ) 而k 站、 t , ) =全 t d = 2 . o1 2 (k,t, td )户 ( 2 . 1 6 ) ( 2 . 1 6 ) 式中兀 表示t , 季的 总 天 数，兀 。 、兀 ， 分 别 表示t , 季的 第一 天和 最后 一 天。 而春、 夏、 秋、冬的划分同北半球常规 ( 为简化起见，不考虑闰年二月最 a (i , .i , ty td ) , i 二 1 一 n x , f = 1 一 n y ; t, = 1 一 m y , td = 1 一 an d ( 2 . 1 3 ) 其中 ， i , i 为 经 、 纬向 格 点 序 数， 二、 n y 分 别 为 纬 向 和 经向 的 格 点 总 数; 与 、 t d , m y , an d的表示意义同 ( 2 . 1 1 ) . 经滤波后，得 ( i ,/ )站点要素序列的mj o分量 8 ( i , h t y , t d ) ( 2 . 1 4 ) g 即 为 进 一步 研 究 的 基本 资 料。 由 上 文 可 知，厂 、 9 会 分 别比 f 、9 前 后 各 缩 短1 8 2 天 ( 约半年) 。 所以 对于本文所用的4 1 年逐日资料， 滤波后，