南极绕极波的传播系统研究

摘要

本文主要使用欧洲中尺度气象预报中心ECMWF的海表气压(SLP)资料，对南极绕极波的波动形态和传播过程进行分析，得到南极绕极波的基本波动参数，对南极绕极波的波动进行拟合，得到模拟的南极绕极波波解，并对南极绕极波的传播过程和与其相关的过程进行探讨和分析。研究时段集中在1985年到2002年，研究范围为整个南大洋乃至整个南半球的海表气压体系。本文主要包括以下几部分： 第一，利用1958-2002的SLP资料得到南极绕极流海域年际变化的主要信息，并分析各个时段的传播情况。这里使用的5阶的Butterworth滤波器对SLP资料进行3-7年的带通滤波，并使用功率谱分析证实了这种滤波器的可行性。分析结果表明：南极绕极波只在1985～1994年间存在明显的东向行波传播，这一段时间的传播形态与White的南极绕极波的空间形态是一致的；而在其他时段则不存在明显的传播，而是本地维持的年际信号自我振荡占据主要地位。对年代际变化的分析结果表明，90年代以前，海表气压的年代际变化要整体早于Nino3指数的年代际变化信号，南大洋海表气压的年代际变化的整体信号存在气候跃变。而滑动t检验的结果则表明，南大洋气候跃变的发生时间(1974年前后)也要早于Nino3指数的跃变时间(1978年前后)； 第二，确定南极绕极波明显传播时段存在一个行波和驻波的传播系统。在理想波解的情况下，利用最小的误差估计，采用非线性拟合的方法对1985～1992年间南极绕极波的行波和驻波进行了叠加，在能够收敛的前提下，得到绕极波的基本行波波速和波数，以及驻波明显的印度洋区的驻波波数和振动周期。结果表明：在误差为200±7的情况下，首次得到南极绕极波的理论波解，这个模拟的波形和实际的波形有很好的相似性，可以基本代表南极绕极波的理想波解：南极绕极波的行波和驻波是共存的一个体系，两者具有非常相近的角速度和频率，是南极绕极波的共同组成部分； 第三，对南极绕极波的空间传播过程进行了分析。分析表明，南极绕极波和中低纬度的ENSO尺度的传播存在明显的联系，这种扰动是南极绕极波传播的扰动端；SLP在太平洋海域存在比较明显的行波传播，在大西洋海域传播则明显减弱；而在印度洋区域则存在着比较明显的驻波体系，是明显的局地变化；三者具有共同的周期也体现了三者共属于同一个动力学体系，行波和驻波共存系统可以很好的表达南极绕极波的时空特性和传播特性； 第四，利用空间分段EOF方法分解SLP时空序列，研究波动的传播特性。结果表明，分段的EOF方法可以完全可以体现波动的传播特性，并从该方法的结论中进一步证实了，绕极波是印度洋驻波和太平洋以及大西洋行波的共存系统的结论，并对波动在海域之间的传播速度进行了分析。

目录

文摘

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1引言

1.1南大洋、南极绕极流和南大洋海气系统简介

1.2南大洋动力学机制的主要研究历史

1.3南极绕极波的基本概念

1.3.1使用的资料

1.3.2研究方法和结论

1.3.3不同参数之间的位相关系

1.4南极绕极波的研究进展、存在的问题及本文的主要研究内容

1.4.1南极绕极波的研究进展

1.4.2本文的主要研究内容

2南大洋SLP各个频段信息的提取

2.0使用的资料和方法介绍

2.0.1 ECMWF的海表气压(SLP)资料介绍

2.0.2 Butterworth滤波器以及频率响应函数、功率谱分析，滑动t检验

2.1南极绕极波基本形态分析

2.1.1 1985-1992年的SLP观测资料的滤波结果

2.1.2更长观测时长的年际变化信息

2.1.3绕极波的主轴分析以及与其EOF空间模态的关系

2.2南大洋SLP的年代际变化信息及分析

2.2.1年代际变化的研究进展

2.2.2南大洋SLP年代际变化的时空分布

附图

3南极绕极波基本参数的确定

3.0绕极波形态存在的几个问题和研究目的

3.1 1stOpt软件及波动拟合实验

3.1.1 1stOpt软件简介

3.1.2基于自由波动假设下的波动拟合实验

3.2绕极波基本参数的确定

3.2.1确定基本参数考虑到的问题

3.2.2使用的非线性拟合方法确定波动的基本参数

3.2.3结果分析

3.3南极绕极波行波和驻波共存系统的提出

3.4行波和驻波共存系统的运动形式

3.5本章小结和存在的一些问题

附图

4南极绕极波的理想模拟及探讨

4.1理想的行波和驻波的基本概念

4.2广义的行波和驻波

4.3理想情况下行波和驻波的叠加结果

4.4对绕极波的独立行波和驻波组分的分析探讨

4.5本章小结和不完善之处

附图

5南极绕极波的空间传播过程分析

5.1南极绕极波的空间传播特性

5.2澳大利亚以南海域的分析

附图

6分段EOF分解和南极绕极波

6.1主成分份分析和EOF方法简介

6.2绕极波发生年间的EOF分解

6.2.1整体的EOF分解

6.2.2局部的EOF分解与南极绕极波的关系

附图

第七章研究工作的总结与展望

发表的文章和会议摘要

参考文献（Preferences）

致谢