時(shí)-空二維波傳播分解和主時(shí)間尺度分析及其在大氣季節(jié)內(nèi)振蕩研究中的應(yīng)用.pdf

1、大氣季節(jié)內(nèi)振蕩自20世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)以來，日漸受到氣象學(xué)界的廣泛重視。目前學(xué)術(shù)界已普遍認(rèn)為：大氣季節(jié)內(nèi)振蕩是地球大氣運(yùn)動(dòng)的一種廣泛存在的變化現(xiàn)象，甚至可看作是全球大氣運(yùn)動(dòng)的一種固有特征。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)、澳洲季風(fēng)區(qū)、太平洋地區(qū)、北美西海岸以及南美洲和非洲地區(qū)的降水變率有著重要影響。大氣季節(jié)內(nèi)振蕩調(diào)制著太平洋和加勒比海地區(qū)臺(tái)風(fēng)的生成，影響著赤道大西洋的表面風(fēng)，同時(shí)還與ENSO事件有著一定的聯(lián)系。有關(guān)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的研究，彌補(bǔ)了

2、中長期天氣預(yù)報(bào)和短期氣候預(yù)測的縫隙，對(duì)于氣象事業(yè)的發(fā)展來說，其研究具有重要的意義。 本文抓住大氣季節(jié)內(nèi)振蕩具有多種傳播方向這一本質(zhì)的特征，根據(jù)波的傳播理論，提出了時(shí).空二維波傳播分解方法，這一方法突破了傳統(tǒng)分析方法都是對(duì)變量整體進(jìn)行分析的局限性。圍繞著這一新方法，對(duì)熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的基本特征進(jìn)行了全面的分析，對(duì)熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩緯向傳播特征與ENSO事件的可能聯(lián)系進(jìn)行了深入的研究，對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的特征及其對(duì)

3、中國江淮流域洪澇的影響進(jìn)行了重點(diǎn)剖析。另外，本文從持續(xù)時(shí)間的角度提出了一種判斷時(shí)間序列主要時(shí)間尺度的方法：主時(shí)間尺度分析，之后采用此方法從全球的角度分析了大氣季節(jié)內(nèi)振蕩存在的主要區(qū)域。 本文的主要結(jié)論如下： (1)針對(duì)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩具有多種傳播方向這一本質(zhì)特征，基于波的傳播理論，提出了時(shí).空二維波傳播分解方法。并利用理想的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)這一方法的正確性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：采用此方法可以對(duì)構(gòu)造的理想函數(shù)進(jìn)行正確的分解

4、，得到與構(gòu)造前相同的分量場。這就從理想函數(shù)的角度驗(yàn)證了時(shí)?？斩S波傳播分解方法的正確性和可行性。 (2)采用時(shí)-空二維波傳播分解方法，我們對(duì)熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的基本特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在熱帶地區(qū)，東傳分量場上，大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)的系統(tǒng)性東傳現(xiàn)象顯著，主要時(shí)間周期為30-60天，空間主要表現(xiàn)為緯向1波特征，對(duì)流層上、下層呈反位相的“斜壓”結(jié)構(gòu)；相對(duì)而言，西傳分量場上，大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)的西傳特征無論強(qiáng)度還是系統(tǒng)性都要弱很

5、多，僅在個(gè)別年份比較清楚。采用新方法得到的結(jié)論和傳統(tǒng)結(jié)論是基本一致的，這從實(shí)際資料的角度驗(yàn)證了時(shí)-空二維波傳播分解方法的正確性，說明將其用于研究大氣季節(jié)內(nèi)振蕩是可行的。 (3)采用時(shí)-空二維波傳播分解方法，對(duì)熱帶地區(qū)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的緯向傳播特征與ENSO事件的相互關(guān)系進(jìn)行了重點(diǎn)研究。分析指出：在E1 Nino年，無論其前期冬半年還是夏半年，東傳分量場上系統(tǒng)性東傳的季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)都很強(qiáng)烈，而西傳分量場上則沒有明顯的特征，在E1 N

6、ino峰值出現(xiàn)后的冬季，東傳分量場上大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)的東傳明顯受到抑制，主要集中在東半球，西傳分量場上冬季大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的西傳也顯著的加強(qiáng)，且也主要出現(xiàn)在東半球。在La Nina年，其前期冬半年的東傳分量上，大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)存在著系統(tǒng)性東傳，更為突出的是，在其前期夏季的西傳分量場上出現(xiàn)了西傳的季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)，在La Nina峰值出現(xiàn)后的冬季，東傳分量場上大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的系統(tǒng)性東傳顯著加強(qiáng)，而西傳明顯減弱甚至消失。這說明熱帶大氣季節(jié)內(nèi)

7、振蕩緯向的東、西傳播與ENSO的冷、暖事件有著密切的聯(lián)系，而且ENSO與熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩東、西傳播之間的關(guān)系在冷事件和暖事件前期及同期表現(xiàn)出不同的特征。采用時(shí).空二維波傳播分解方法得到的結(jié)論與傳統(tǒng)的認(rèn)為MJO-ENSO之間存在一定的超前滯后關(guān)系的結(jié)論是基本一致的，再次從實(shí)際資料的角度驗(yàn)證了新方法的正確性和可行性，同時(shí)，這為我們探討熱帶大氣季節(jié)內(nèi)振蕩與ENSO事件之間的關(guān)系提供了一個(gè)新視角。 (4)采用時(shí)-空二維波傳播分解方法，

8、對(duì)東亞季風(fēng)區(qū)內(nèi)大氣季節(jié)內(nèi)振蕩的特征及其對(duì)中國江淮流域洪澇的影響進(jìn)行了深入的剖析，研究表明：江淮流域洪澇受到來自四個(gè)方向大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)的影響，分別是：北傳的暖濕氣流，南下的干冷空氣，從70°E附近開始的東傳氣流和140°E左右開始的西傳氣流。這四部分有的年份全部存在，有的年份則會(huì)有某一部分或幾部分的缺失。通過對(duì)1998年長江流域降水偏多年份的分析，指出：長江流域出現(xiàn)洪澇時(shí)，這四部分均存在，并且基本同時(shí)交匯于長江流域，從而對(duì)長江流域該時(shí)

9、段的集中降水共同起作用。通過對(duì)2003年淮河流域降水偏多年份的分析，指出：淮河流域出現(xiàn)洪澇時(shí)，出現(xiàn)了東傳分量場上大氣季節(jié)內(nèi)振蕩東傳的缺失，以及南傳分量大氣季節(jié)內(nèi)振蕩信號(hào)的減弱，這使得降水集中區(qū)域顯著北移，從而造成了淮河流域降水的偏多。這一部分工作，從實(shí)際資料的角度，進(jìn)一步驗(yàn)證了時(shí).空二維波傳播分解方法的正確性和可行性，同時(shí)，指出了該方法是不受區(qū)域限制的，在有限的區(qū)域內(nèi)同樣成立且有意義。這為我們以后的研究工作拓寬了思路。 (5)本

10、文另一部分重要內(nèi)容是：從持續(xù)時(shí)間的角度，提出了一種判斷時(shí)間序列主要時(shí)間尺度的新方法-主時(shí)間尺度分析。首先，從理想函數(shù)的角度對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方法是正確可行的。其次，與功率譜進(jìn)行了比較，指出了主時(shí)間尺度分析方法的優(yōu)點(diǎn)：主時(shí)間尺度分析方法對(duì)包含任意周期長度的序列都能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果；相較于功率譜分析方法，主時(shí)間尺度分析方法具有穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)；最大的優(yōu)點(diǎn)是主時(shí)間尺度分析易于同時(shí)對(duì)多個(gè)空間點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。之后，采用主時(shí)間尺度分析方法