北極振蕩的大氣活動過程及其動力學(xué)機制研究.pdf

1、北極振蕩(簡記為AO)是大氣環(huán)流在極地地區(qū)和中緯度地區(qū)之間的一種反位相振蕩，空間上具有很強的緯向?qū)ΨQ性，時間尺度上從季節(jié)到年代際，在數(shù)學(xué)表現(xiàn)上可以描述為海平面氣壓(SLP)經(jīng)驗正交函數(shù)(EOF)分解的第一空間模態(tài)分布。A0是影響北半球氣候的重要過程，但是關(guān)于A0的動力學(xué)本質(zhì)仍然存在很大的爭議。本文旨在通過簡化模型來描述A0這種大尺度大氣活動過程，闡明AO的三個作用中心(北極、北大西洋、北太平洋)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并通過資料分析驗證所得的結(jié)

2、論。 首先，利用1948年1月到2003年2月海平面氣壓(SLP)和低空(850hPa)、中層(500hPa)、高空(200hPa)的NCEP／NCAR再分析逐月距平(逐月資料減去對應(yīng)月份的氣候平均值)資料，分別對冬季和全年的資料進行了經(jīng)驗正交函數(shù)分解，驗證了關(guān)于北極振蕩的空間模態(tài)的相關(guān)結(jié)論。 其次，使用海平面氣壓(SLP)的NCEP／NCAR再分析資料和低空(850hPa)、中層(500hPa)、高空(200hPa)的

3、NCEP/NCAR再分析風場資料，將風場分解為無輻散分量和無旋分量兩部分，通過求解球面泊松方程得到大氣的風場擾動流函數(shù)。通過SLP距平和低空到高空的流函數(shù)距平資料的時空特征分析，對北半球冬季大氣活動過程進行研究。二維傅立葉變換(2DFFT)的結(jié)果表明：在北緯70。-80。N、60。-70。N和北緯50。-60。N三個帶域，大氣環(huán)流分別為波數(shù)1-2、波數(shù)1-3和波數(shù)1-4在起主導(dǎo)作用。這一結(jié)果與Rossby的經(jīng)典理論公式是一致的，對增進北

4、半球大尺度濤動的認識具有重要作用。值得注意的是：在北緯70。-80。N波數(shù)1的擾動有明顯的年際和十年際變化；在北緯60。-70。N波數(shù)2的擾動有明顯的5，6年的周期變化強信號；在北緯50。-60。N，波數(shù)3的擾動有明顯的近14年的周期變化信號。 最后，從正壓大氣運動的線性無輻散渦度方程出發(fā)，在緯向均勻背景流場下，推導(dǎo)出只依賴于波數(shù)和緯度的定常Rossby波球面?zhèn)鞑ゲㄉ渚€方程如下： dy/dx=(2Ωa/n2(-u)Mco

5、s4ψ-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再分析風場資料，取中層500hPa為研究對象，追蹤以上占主導(dǎo)地位的波數(shù)1、波數(shù)2和波數(shù)3的球面?zhèn)鞑ヂ窂?。研究結(jié)果表明：給定擾源位于中緯度北大西洋地區(qū)時，擾動信號向東北傳播，在北極地區(qū)得到加強，接下來拐向東南傳播到達北太平洋地區(qū)。得出北半球冬季大氣