大气科学、气象学专业优秀论文大气科学、气象学专业优秀论文 大气环流圈变化特征以及与大气环流圈变化特征以及与 ENSOENSO的关系的关系关键词：关键词：HadleyHadley 环流环流 ENSOENSO 事件事件 大气环流大气环流 大气环流圈大气环流圈 矢量指数矢量指数摘要：本文定义了一种新的刻画大气环流圈的矢量指数。与传统的质量流函数 比较发现，新指数不但很好地刻画了两半球的各经向环流圈的强度、中心位置 以及环流圈强度之间的关系，而且可以描述经向环流圈在水平方向的分布。同 样在纬向方向，新指数也描述出了全球尤其是太平洋、印度洋和大西洋上空闭 合的纬向环流圈的水平分布。此外，本文还对冬季北半球 Hadley 环流圈的增强 原因以及其与 ENS0 之间的联系进行了讨论。本文主要结论如下： 1.基于 19602000 年 NCEP/MCAR 再分析资料，讨论了新指数所描述的经向、纬向环流 圈在水平方向分布。结果显示：对于纬向平均的经向环流圈，新指数很好刻画 了各个环流圈的强度、中心位置以及各环流圈之间强度对比关系：新指数还描 述了四季经向环流圈的水平分布，结果显示季风区经向环流圈在冬春季方向刚 好反向，且冬季存在两个显著的经向环流带，分别位于欧亚大陆和北美大陆东 岸地区，它们从低纬一直延伸到高纬地区。这与传统认为的低纬度经向环流圈 只能向北运动到 30#176;N 明显不同；在纬向方向上，结果显示闭合的环 流圈主要分布在两半球低纬度地区大洋上，并且印度洋上空反向的环流圈中心 随季节变化明显。此外，在高纬度白令海峡上空还存在一闭合的环流圈，其全 年位置基本稳定；最后我们利用矢量指数讨论了四季环流圈的真实分布以及环 流圈在运动中方向的改变，结果表明低纬度热源地区是主要的环流圈源。 2. 基于经向指数，本章分析了两半球各经向环流圈强度在年循环尺度上的变化。 结果显示：两半球 Hadley 环流圈均有显著年循环，且二者强度变化趋势均关于 7 月份对称。7 月之前，北(南)半球 Hadley 环流随时间强度减弱(增强)，之后 其又随着时间增强(减弱)。两环流圈中心位置随时间也变化明显：北半球 Hadley 环流自 18 月向北的运动，8 月份到达最北端，之后开始向南运动。而 南半球中心位置移动轨迹呈现基本对称分布，它在 16 月向北运动，68 月 在最北端维持，之后向南移动。类似，本章还讨论了两半球中高纬度环流的变 化。此外，利用 EOF 方法还分析了经向指数场的年循环，结果显示它包含两个 主要模态：赤道非对称和对称模态。同时这两个模态随时间它们的强度变化明 显、且二者变化趋势刚好相反。这就说明了二者之间相互平衡、共同决定了每 个月环流圈的强度。 3.本章主要了讨论各大洋上空的纬向闭合环流圈强度的 年循环。结果显示赤道上各大洋的全年均存在环流圈。对它们进行比较后发现， 热带的太平洋和北大西洋上空的环流圈强度具有相似年循环趋势，它们与印度 洋上空反方向的环流圈变化刚好相反。三地纬向环流圈强度比较，印度洋最强、 大西洋次之，太平洋最弱。另外，大西洋在两半球均存在闭合的环流圈，且二 者相互独立、变化趋势完全不同，前者呈现出正玄曲线似变化，后者的变化则 接近抛物线型。本章还讨论了它们在发生 ENSO 事件时的变化，当发生厄尔尼诺 时，太平洋上空的 Walker 环流圈减弱，而位于印度洋的纬向环流圈增强。此时 在大西洋上空，其北半球的环流圈增强，而南半球部分强度基本不变。与上章 类似，本章利用 EOF 分析了年循环的纬向指数场，结果表明它的变化有两个主 要模态：关于对称和非对称模态。前者的解释方差高达 70.2，同时它的时间系数呈现明显的一年周期，而非对称模态的变化只有半年周期。 4.本章利用 NCEP 和 ERA 资料计算了四季的经向指数和质量流函数，对比了它们定义的各个 经向环流圈的强度变化趋势。四种结果能一致体现出：冬春季北半球 Hadley 环 流、春季北半球 Ferrel 环流、夏季南半球 Ferrel 环流以及冬季南半球 Polor 环流在过去几十年存在明显的增强趋势。另外，通过对各季节经向指数场在 19482005 年的线性趋势的分析，两半球低纬度的非洲到印度洋是线性趋势最 显著的区域，另外还有南海、亚洲大陆东部等地区变化也很明显。此外，各个 季节经向指数场的变化均包含两个主要模态：关于赤道对称和非对称模态。前 者代表了指数场的年际变化，其与 ENSO 相关显著。且该模态在四个季节的分布 很相似，说明其在全年稳定存在。后者描述了其在年际尺度上的变化趋势，该 模态的分布与各季节线性趋势的显著区域一致，说明这些区域的变化可能受同 一系统的作用。 5.分析了冬季北半球 Hadley 环流圈的增强以及其与 ENSO 之 间的联系。本章通过对 19482005 年冬季质量做 EOF 分析，结果显示出北半球 Hadley 环流在年代际、年际时间尺度上的变化分别由 EOF 的前两个主要模态 (关于非赤道对称和对称模态)代表。即冬季北半球 Hadley 环流由两部分组成： 非对称和对称部分。进一步分析表明 Hadley 环流非对称部分的增强使得其在过 去几十年明显增强，并且这部分与热带海温的增强关系密切。它与 ENSO 之间相 关系数在 1970 年代后期存在明显突变，解释了冬季北半球 Hadley 环流强度指 数与 ENSO 相关系数变化的原因。而环流对称部分与：ENSO 之间的相关系数在 整个研究时段均是显著的。正文内容正文内容本文定义了一种新的刻画大气环流圈的矢量指数。与传统的质量流函数比 较发现，新指数不但很好地刻画了两半球的各经向环流圈的强度、中心位置以 及环流圈强度之间的关系，而且可以描述经向环流圈在水平方向的分布。同样 在纬向方向，新指数也描述出了全球尤其是太平洋、印度洋和大西洋上空闭合 的纬向环流圈的水平分布。此外，本文还对冬季北半球 Hadley 环流圈的增强原 因以及其与 ENS0 之间的联系进行了讨论。本文主要结论如下： 1.基于 19602000 年 NCEP/MCAR 再分析资料，讨论了新指数所描述的经向、纬向环流 圈在水平方向分布。结果显示：对于纬向平均的经向环流圈，新指数很好刻画 了各个环流圈的强度、中心位置以及各环流圈之间强度对比关系：新指数还描 述了四季经向环流圈的水平分布，结果显示季风区经向环流圈在冬春季方向刚 好反向，且冬季存在两个显著的经向环流带，分别位于欧亚大陆和北美大陆东 岸地区，它们从低纬一直延伸到高纬地区。这与传统认为的低纬度经向环流圈 只能向北运动到 30#176;N 明显不同；在纬向方向上，结果显示闭合的环 流圈主要分布在两半球低纬度地区大洋上，并且印度洋上空反向的环流圈中心 随季节变化明显。此外，在高纬度白令海峡上空还存在一闭合的环流圈，其全 年位置基本稳定；最后我们利用矢量指数讨论了四季环流圈的真实分布以及环 流圈在运动中方向的改变，结果表明低纬度热源地区是主要的环流圈源。 2. 基于经向指数，本章分析了两半球各经向环流圈强度在年循环尺度上的变化。 结果显示：两半球 Hadley 环流圈均有显著年循环，且二者强度变化趋势均关于 7 月份对称。7 月之前，北(南)半球 Hadley 环流随时间强度减弱(增强)，之后 其又随着时间增强(减弱)。两环流圈中心位置随时间也变化明显：北半球 Hadley 环流自 18 月向北的运动，8 月份到达最北端，之后开始向南运动。而 南半球中心位置移动轨迹呈现基本对称分布，它在 16 月向北运动，68 月 在最北端维持，之后向南移动。类似，本章还讨论了两半球中高纬度环流的变 化。此外，利用 EOF 方法还分析了经向指数场的年循环，结果显示它包含两个 主要模态：赤道非对称和对称模态。同时这两个模态随时间它们的强度变化明 显、且二者变化趋势刚好相反。这就说明了二者之间相互平衡、共同决定了每 个月环流圈的强度。 3.本章主要了讨论各大洋上空的纬向闭合环流圈强度的 年循环。结果显示赤道上各大洋的全年均存在环流圈。对它们进行比较后发现， 热带的太平洋和北大西洋上空的环流圈强度具有相似年循环趋势，它们与印度 洋上空反方向的环流圈变化刚好相反。三地纬向环流圈强度比较，印度洋最强、 大西洋次之，太平洋最弱。另外，大西洋在两半球均存在闭合的环流圈，且二 者相互独立、变化趋势完全不同，前者呈现出正玄曲线似变化，后者的变化则 接近抛物线型。本章还讨论了它们在发生 ENSO 事件时的变化，当发生厄尔尼诺 时，太平洋上空的 Walker 环流圈减弱，而位于印度洋的纬向环流圈增强。此时 在大西洋上空，其北半球的环流圈增强，而南半球部分强度基本不变。与上章 类似，本章利用 EOF 分析了年循环的纬向指数场，结果表明它的变化有两个主 要模态：关于对称和非对称模态。前者的解释方差高达 70.2，同时它的时间 系数呈现明显的一年周期，而非对称模态的变化只有半年周期。 4.本章利用 NCEP 和 ERA 资料计算了四季的经向指数和质量流函数，对比了它们定义的各个 经向环流圈的强度变化趋势。四种结果能一致体现出：冬春季北半球 Hadley 环 流、春季北半球 Ferrel 环流、夏季南半球 Ferrel 环流以及冬季南半球 Polor环流在过去几十年存在明显的增强趋势。另外，通过对各季节经向指数场在 19482005 年的线性趋势的分析，两半球低纬度的非洲到印度洋是线性趋势最 显著的区域，另外还有南海、亚洲大陆东部等地区变化也很明显。此外，各个 季节经向指数场的变化均包含两个主要模态：关于赤道对称和非对称模态。前 者代表了指数场的年际变化，其与 ENSO 相关显著。且该模态在四个季节的分布 很相似，说明其在全年稳定存在。后者描述了其在年际尺度上的变化趋势，该 模态的分布与各季节线性趋势的显著区域一致，说明这些区域的变化可能受同 一系统的作用。 5.分析了冬季北半球 Hadley 环流圈的增强以及其与 ENSO 之 间的联系。本章通过对 19482005 年冬季质量做 EOF 分析，结果显示出北半球 Hadley 环流在年代际、年际时间尺度上的变化分别由 EOF 的前两个主要模态 (关于非赤道对称和对称模态)代表。即冬季北半球 Hadley 环流由两部分组成： 非对称和对称部分。进一步分析表明 Hadley 环流非对称部分的增强使得其在过 去几十年明显增强，并且这部分与热带海温的增强关系密切。它与 ENSO 之间相 关系数在 1970 年代后期存在明显突变，解释了冬季北半球 Hadley 环流强度指 数与 ENSO 相关系数变化的原因。而环流对称部分与：ENSO 之间的相关系数在 整个研究时段均是显著的。 本文定义了一种新的刻画大气环流圈的矢量指数。与传统的质量流函数比较发 现，新指数不但很好地刻画了两半球的各经向环流圈的强度、中心位置以及环 流圈强度之间的关系，而且可以描述经向环流圈在水平方向的分布。同样在纬 向方向，新指数也描述出了全球尤其是太平洋、印度洋和大西洋上空闭合的纬 向环流圈的水平分布。此外，本文还对冬季北半球 Hadley 环流圈的增强原因以 及其与 ENS0 之间的联系进行了讨论。本文主要结论如下： 1.基于 19602000 年 NCEP/MCAR 再分析资料，讨论了新指数所描述的经向、纬向环流 圈在水平方向分布。结果显示：对于纬向平均的经向环流圈，新指数很好刻画 了各个环流圈的强度、中心位置以及各环流圈之间强度对比关系：新指数还描 述了四季经向环流圈的水平分布，结果显示季风区经向环流圈在冬春季方向刚 好反向，且冬季存在两个显著的经向环流带，分别位于欧亚大陆和北美大陆东 岸地区，它们从低纬一直延伸到高纬地区。这与传统认为的低纬度经向环流圈 只能向北运动到 30#176;N 明显不同；在纬向方向上，结果显示闭合的环 流圈主要分布在两半球低纬度地区大洋上，并且印度洋上空反向的环流圈中心