北极振荡的大气活动过程及其动力学机制研究

摘要

北极振荡(简记为AO)是大气环流在极地地区和中纬度地区之间的一种反位相振荡，空间上具有很强的纬向对称性，时间尺度上从季节到年代际，在数学表现上可以描述为海平面气压(SLP)经验正交函数(EOF)分解的第一空间模态分布。A0是影响北半球气候的重要过程，但是关于A0的动力学本质仍然存在很大的争议。本文旨在通过简化模型来描述A0这种大尺度大气活动过程，阐明AO的三个作用中心(北极、北大西洋、北太平洋)之间的内在联系，并通过资料分析验证所得的结论。 首先，利用1948年1月到2003年2月海平面气压(SLP)和低空(850hPa)、中层(500hPa)、高空(200hPa)的NCEP／NCAR再分析逐月距平(逐月资料减去对应月份的气候平均值)资料，分别对冬季和全年的资料进行了经验正交函数分解，验证了关于北极振荡的空间模态的相关结论。 其次，使用海平面气压(SLP)的NCEP／NCAR再分析资料和低空(850hPa)、中层(500hPa)、高空(200hPa)的NCEP/NCAR再分析风场资料，将风场分解为无辐散分量和无旋分量两部分，通过求解球面泊松方程得到大气的风场扰动流函数。通过SLP距平和低空到高空的流函数距平资料的时空特征分析，对北半球冬季大气活动过程进行研究。二维傅立叶变换(2DFFT)的结果表明：在北纬70。-80。N、60。-70。N和北纬50。-60。N三个带域，大气环流分别为波数1-2、波数1-3和波数1-4在起主导作用。这一结果与Rossby的经典理论公式是一致的，对增进北半球大尺度涛动的认识具有重要作用。值得注意的是：在北纬70。-80。N波数1的扰动有明显的年际和十年际变化；在北纬60。-70。N波数2的扰动有明显的5，6年的周期变化强信号；在北纬50。-60。N，波数3的扰动有明显的近14年的周期变化信号。 最后，从正压大气运动的线性无辐散涡度方程出发，在纬向均匀背景流场下，推导出只依赖于波数和纬度的定常Rossby波球面传播波射线方程如下： dy/dx=(2Ωa/n2(-u)Mcos4ψ-a2cos2ψ/m2(-u)M/d2(-uM/dy2+2asinψco2ψ/m2(-u)Md(-u)M/dv+2cos2cp～duM+2cos4ψ/n2-1)1/2利用NCEP/NCAR再分析风场资料，取中层500hPa为研究对象，追踪以上占主导地位的波数1、波数2和波数3的球面传播路径。研究结果表明：给定扰源位于中纬度北大西洋地区时，扰动信号向东北传播，在北极地区得到加强，接下来拐向东南传播到达北太平洋地区。得出北半球冬季大气活动过程中，扰动的传播符合Hoskins(1981)的大圆理论机制。阐明了北极振荡的三个作用中心(北极、北大西洋和北太平洋)通过遥相关而密切联系。

目录

文摘

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第1章绪论

第2章资料来源和研究方法

第3章北极振荡的空间分布特征

第4章北半球冬季大气行星波活动过程

第5章北极振荡的动力学机制研究

第6章结论与展望

致 谢

参考文献

附录

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