2012～2013年冬季平流层爆发性增温的多尺度动力学研究

摘要

利用一种新的泛函工具，多尺度子空间变换(MWT)，以及基于多尺度子空间变换的局地多尺度能量与涡度分析(MS-EVA)方法，对2012～2013年冬季平流层发生的爆发性增温(SSW)的内在动力学过程进行了诊断。首先，我们用MWT将各个场重构于三个尺度子空间，即平均尺度、爆发性增温尺度（或SSW尺度子空间）和天气尺度子空间上。根据这些重构场，这次强增温事件可被分为三个阶段，即快速增温阶段，增温维持阶段和增温衰退阶段，每一阶段都有不同的动力机制。研究表明，在快速增温阶段（12月28日至1月10日），极地迅速增长的温度是由于SSW尺度子空间上很强的向极的热量通量和极区内的斜压不稳定引起的正则传输（有效位能从平均尺度子空间传输到SSW尺度子空间）共同造成的。在这个过程中，显著增加的有效位能(APE)转换并储存到了SSW尺度子空间的动能(KE)中，导致了极夜急流的反转。在增温维持阶段（1月11-25日），增暖的机制完全不同:先前储存在SSW尺度子空间上的动能又转换回到相同尺度子空间的有效位能中，与此同时，十分重要的是，在这个时间段中，阿拉斯加地区有很强的正压不稳定，使得动能从平均尺度子空间传输到SSW尺度子空间上，维持了增高的温度。平均尺度子空间的动能主要来自对流层，这与经典的波流相互作用中行星波上传理论相一致。增温衰减阶段，温度降低，系统又恢复到了正常的状态。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 平流层爆发性增温的特征、定义及分类

1．2 平流层爆发性增温形成机制的动力学研究进展

1．2．1 平流层大气环流概况

1．2．2 与平流层爆发性增温相关的波流相互作用理论

1．2．3 自调制共振理论

1．2．4 其他理论

1．2．5 爆发性增温的能量学研究进展

1．3 2012～2013年冬季爆发性增温

1．4 平流层与对流层的关系

1．5 本文的研究目的

1．6 论文主要章节安排

第二章 资料和方法介绍

2．1 资料介绍

2．2 方法介绍

2．2．1 多尺度子空间变换(MWT)

2．2．2 局地多尺度能量与涡度分析(MS-EVA)

第三章 MS-EVA的参数设置

3．1 小波谱分析

3．2 参数设置

第四章 2012-2013年冬季爆发性增温的原始变量场及其重构场

4．1 原始场演变特征

4．2 多尺度重构场演变特征

第五章 能量场

5．1 爆发性增温尺度子空间的能量演变特征

5．2 正则传输演化特征

5．3 浮力转换演化特征

5．4 多尺度能量循环

5．4．1 爆发性增温尺度子空间的能量平衡

5．4．2 不同阶段的多尺度能量流j告径

5．4．3 爆发性增温尺度子空间上的压力作工以及能量输运

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介